EP4652303A1 - Verfahren zum feuerverzinken und feuerverzinktes bauteil - Google Patents

Verfahren zum feuerverzinken und feuerverzinktes bauteil

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Publication number
EP4652303A1
EP4652303A1 EP24709724.9A EP24709724A EP4652303A1 EP 4652303 A1 EP4652303 A1 EP 4652303A1 EP 24709724 A EP24709724 A EP 24709724A EP 4652303 A1 EP4652303 A1 EP 4652303A1
Authority
EP
European Patent Office
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opening
component
galvanizing
recess
zinc
Prior art date
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Pending
Application number
EP24709724.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas PINGER
Holger Harborth
Robert MILL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fontaine Holdings NV
Original Assignee
Fontaine Holdings NV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023113671.2A external-priority patent/DE102023113671B3/de
Application filed by Fontaine Holdings NV filed Critical Fontaine Holdings NV
Publication of EP4652303A1 publication Critical patent/EP4652303A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C23C2/024—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by cleaning or etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/30—Fluxes or coverings on molten baths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of galvanizing components, in particular iron-based or iron-containing components and/or steel-based or steel-containing components (steel components), by means of hot-dip galvanizing (hot-dip galvanizing).
  • the present invention relates to a method for hot-dip galvanizing at least one component having at least one opening and/or edge. Furthermore, the present invention relates to a hot-dip galvanized component that is or has been produced according to the aforementioned method.
  • hot-dip galvanizing is carried out in discontinuous operation (so-called batch galvanizing).
  • Components containing iron and/or steel are preferred.
  • components made of steel for motor vehicles such as cars, trucks, commercial vehicles, etc., require efficient corrosion protection that can withstand long-term stress.
  • galvanizing galvanizing
  • the steel is provided with a generally thin zinc layer to protect the steel from corrosion.
  • Various galvanizing processes can be used to galvanize steel components, i.e. to cover them with a metallic zinc coating, in particular hot-dip galvanizing (also known synonymously as hot-dip galvanizing), spray galvanizing (flame spraying with zinc wire), diffusion galvanizing (Sherard galvanizing), electrolytic galvanizing, non-electrolytic galvanizing using zinc flake coatings and mechanical galvanizing.
  • hot-dip galvanizing steel is dipped continuously (e.g. strip and wire) or piece by piece (e.g. components) at temperatures of around 450 °C to 600 °C into a heated tank containing liquid zinc or a liquid zinc alloy (melting point of zinc: 419.5 °C), so that a resistant zinc alloy layer forms on the steel surface.
  • strip galvanized steel is a preliminary or intermediate product (semi-finished product) which is further processed after galvanizing, in particular by forming, punching, cutting, etc., whereas components to be protected by batch galvanizing are usually first completely or at least partially manufactured and only then hot-dip galvanized (which protects the components all around from corrosion).
  • the zinc layer thickness of strip-galvanized sheets is usually in the range of 10 to 35 micrometers, whereas the zinc layer thickness of batch-galvanized steel parts is usually in the range of 50 to 200 micrometers and even more.
  • Hot-dip galvanizing provides both active and passive corrosion protection. Passive protection is provided by the barrier effect of the zinc coating. Active corrosion protection is provided by the cathodic effect of the zinc coating. Compared to more noble metals in the electrochemical series, such as iron, zinc serves as a sacrificial anode, which protects the iron underneath from corrosion until it is completely corroded itself.
  • batch galvanizing according to EN ISO 1461, mostly larger steel components and structures are hot-dip galvanized. Steel-based blanks or (semi-)finished workpieces (components) are dipped into the molten zinc bath after pretreatment. Dipping makes it possible to reach interior surfaces, weld seams and hard-to-reach areas of the workpieces or components to be galvanized.
  • the typical process sequence for conventional hot-dip galvanizing is usually as follows.
  • identical or similar components e.g. series production of automotive components
  • these are typically brought together or grouped for the entire process (in particular by means of a common product carrier, for example designed as a crossbeam or frame, or a common holding or fastening device for a large number of these identical or similar components).
  • a common product carrier for example designed as a crossbeam or frame, or a common holding or fastening device for a large number of these identical or similar components.
  • holding devices such as slings, tie wires or the like.
  • the components are then fed to the subsequent treatment steps or stages in a grouped state via the product carrier.
  • the components can also be treated individually during hot-dip galvanizing.
  • the component surfaces are degreased to remove residues of grease and oil, with aqueous alkaline or acidic degreasing agents usually being used as degreasing agents.
  • a rinsing process usually follows, typically by immersion in a water bath, in order to prevent degreasing agents from being carried over with the galvanized material into the subsequent process step of pickling, whereby this is particularly important when changing from alkaline degreasing to an acidic base.
  • pickling This is usually followed by a pickling treatment (pickling), which is used in particular to remove inherent contaminants such as rust and scale from the steel surface.
  • Pickling is usually carried out in diluted hydrochloric acid, whereby the duration of the pickling process depends, among other things, on the state of contamination (e.g. degree of rust) of the galvanized material and the acid concentration and temperature of the pickling bath.
  • a rinsing process (rinsing step) usually takes place after the pickling treatment.
  • fluxing flux treatment
  • flux treatment flux treatment
  • the task of the flux is to carry out a final intensive fine cleaning of the steel surface before the steel surface reacts with the molten zinc and to dissolve the oxide skin of the zinc surface and to prevent further oxidation of the steel surface until the galvanizing process.
  • the flux increases the wettability between the steel surface and the molten zinc.
  • the flux treatment drying usually takes place in order to create a solid flux film on the steel surface and to remove adhering water, so that subsequent undesirable reactions (in particular the formation of water vapor) in the liquid zinc dip bath are avoided.
  • the components pretreated in the above-mentioned manner are then hot-dip galvanized by immersing them in the liquid zinc melt.
  • the zinc content of the melt is at least 98.0% by weight in accordance with DIN EN ISO 1461.
  • the surface of the zinc melt is cleaned of oxides, zinc ash, flux residues and the like, in particular, before the item to be galvanized is then removed from the zinc melt.
  • the component hot-dip galvanized in this way is then subjected to a cooling process (e.g. in air or in a water bath).
  • a cooling process e.g. in air or in a water bath.
  • the means of holding the component such as slings, tie wires or the like, are removed.
  • a post-processing or post-treatment process is usually carried out, which can be complex. This involves removing as much excess zinc residue as possible, particularly drips from zinc solidifying on the edges, as well as oxide or ash residues adhering to the component.
  • the thickness of the zinc coating in pm is the thickness of the zinc coating in pm (micrometers).
  • the DIN EN ISO 1461 standard specifies the minimum values of the required coating thicknesses that must be delivered during batch galvanizing depending on the material thickness. In practice, the coating thicknesses are significantly higher than the minimum coating thicknesses specified in DIN EN ISO 1461. In general, zinc coatings produced by batch galvanizing have a thickness in the range of 50 to 200 micrometers and even more.
  • a coating of iron/zinc alloy layers of various compositions forms on the steel part as a result of mutual diffusion of the liquid zinc with the steel surface.
  • a layer of zinc - also known as the pure zinc layer - remains on the top alloy layer, which corresponds in composition to the zinc melt. Due to the high temperatures during hot-dip dipping, a relatively brittle layer based on an alloy (mixed crystals) between iron and zinc initially forms on the steel surface, and only then does the pure zinc layer form on top of it.
  • the relatively brittle iron/zinc alloy layer improves the adhesion to the base material, but makes it more difficult to form the galvanized steel.
  • Components hot-dip galvanized with a zinc/aluminium melt can therefore be easily formed, but still have improved corrosion protection properties - despite the significantly lower layer thickness compared to conventional hot-dip galvanizing with a virtually aluminum-free zinc melt.
  • a zinc/aluminium alloy used in the hot-dip galvanizing bath has improved fluidity properties compared to pure zinc.
  • zinc coatings produced by hot-dip galvanizing using such zinc/aluminium alloys have greater corrosion resistance (which is two to six times better than that of pure zinc), improved formability and better paintability than zinc coatings made from pure zinc.
  • lead-free zinc coatings can also be produced using this technology.
  • Such a hot-dip galvanizing process using a zinc/aluminum melt or using a zinc/aluminum hot-dip galvanizing bath is known, for example, from WO 2002/042512 A1 and the relevant publication equivalents to this patent family (e.g. EP 1 352 100 B1, DE 601 24 767 T2 and US 2003/0219543 A1).
  • Suitable fluxes for hot-dip galvanizing using zinc/aluminum melt baths are also disclosed there, since flux compositions for zinc/aluminum hot-dip galvanizing baths are different from those for conventional hot-dip galvanizing with pure zinc.
  • the process disclosed therein enables corrosion protection coatings to be produced with very low layer thicknesses (generally well below 50 micrometers and typically in the range of 2 to 20 micrometers) and with very low weight at a high cost efficiency, which is why the process described therein is used commercially under the name microZINQ® process.
  • the disadvantage of the known batch galvanizing is that when the components are pulled out of the zinc melt, the zinc inevitably flows off and drips off the edges and corners of the components, but also in the area of openings within the component. This creates so-called zinc noses on the component at edges and in openings. In the worst case, smaller openings in the component become clogged with solidified zinc melt.
  • the object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages or at least to reduce them substantially.
  • the present invention - according to a first aspect of the present invention - proposes a method for hot-dip galvanizing according to claim 1. Further and/or advantageous embodiments of the hot-dip galvanizing method according to the invention are the subject of the relevant subclaims.
  • the present invention - according to a second aspect of the present invention - relates to a hot-dip galvanized component which is produced according to the method according to claim 1, according to the independent product claim.
  • the invention relates to a method for hot-dip galvanizing at least one component having at least one opening and/or edge, wherein the component is immersed in a galvanizing bath filled with a zinc melt containing a zinc alloy in order to apply a galvanizing layer to the component and is then removed again after galvanizing.
  • a galvanizing bath filled with a zinc melt containing a zinc alloy in order to apply a galvanizing layer to the component and is then removed again after galvanizing.
  • at least one recess adjacent to the opening and/or the edge of the component is made in the component before galvanizing, said recess being intended to receive any zinc alloy that runs off.
  • the present invention relates to batch galvanizing, preferably in discontinuous operation.
  • the component can be immersed in the galvanizing bath by means of a conveyor device or a product carrier or the like. It can also be provided that the component is immersed in the galvanizing bath together with other components.
  • An arrangement in a basket, which is immersed in the galvanizing bath via a conveyor device, can also be implemented according to the invention.
  • a component which, after hot-dip galvanizing, is at least essentially free of unwanted zinc noses on edges and/or is provided with openings that are not blocked by zinc adhesions or zinc deposits. According to the invention, this is achieved by additionally making a recess in the component before hot-dip galvanizing. This means that a separate, additional step for processing the component must be carried out before hot-dip galvanizing, but this can also be carried out at the same time as the edges are being produced or the openings are being made in the component.
  • zinc adhesions and/or zinc deposits can also contain other components in addition to zinc/zinc alloy, if required.
  • the recess is in particular not regarded as part of the opening and/or edge, but represents a separate region which is, however, open towards the opening or the edge.
  • the invention differs from the prior art in that a supplementary recess is deliberately made in the component before it is immersed in the zinc bath and preferably in connection with the manufacture of the component - depending on the size of the opening and/or the length of the edge of the component.
  • the recess is particularly preferably dimensioned or designed depending on the dimensions of the opening and/or edge assigned to it.
  • at least one opening and/or at least one edge of the component is equipped with the recess assigned to this opening and/or edge.
  • openings and/or such edges are assigned to recesses or are introduced into the component adjacent to the opening and/or edge, in which in particular zinc deposits clogging the opening and/or adhering to the edge are to be avoided and/or in which such adhesions would result in a significantly increased process effort with corresponding manual post-processing.
  • a particular advantage of the invention is that by introducing the recess into the component, an exact and/or targeted manipulation of the component can be carried out in order to ensure its dimensional accuracy without post-processing.
  • the recess and/or the edge is already provided with a corresponding recess when the component is manufactured.
  • the recess is nevertheless to be understood as an independent area, since the recess is specifically used to be at least partially, preferably completely, filled with draining zinc melt, so that the opening and/or the edge can remain at least essentially free of unwanted zinc adhesions or zinc deposits. This can significantly reduce the amount of post-processing required, or even completely avoid it in some cases.
  • the invention offers the possibility of significantly reducing undesirable zinc adhesions and/or zinc deposits, since the galvanizing process can be optimized by the recesses.
  • the total production time for the manufacture of galvanized components can actually be reduced compared to the prior art, so that the invention ultimately delivers higher productivity, particularly because the manual post-processing is very time-consuming in the prior art.
  • the recess has to be made in the component after it has been manufactured, before hot-dip galvanizing.
  • Such a process can be carried out by punching, milling, laser cutting or the like.
  • the cost of the additional creation of the recess is disproportionate to the very complex post-processing in the prior art.
  • the invention produces components of higher quality.
  • the invention also offers economic advantages over the state of the art from an economic perspective, as the production time can be reduced by up to 20%, taking into account the fact that post-processing is no longer necessary or is sometimes very minimal.
  • the galvanizing layer solidifies at least largely within 0.02 to 10 minutes, preferably between 0.5 to 3 minutes, after emerging from the zinc melt.
  • the recess designed for the edge or opening can ensure that excess zinc deposits are received in the recess and solidified therein and that the opening or edge is particularly preferably at least substantially free of unwanted zinc deposits or zinc noses or the like, which protrude in particular beyond the predetermined galvanizing layer.
  • zinc noses/unwanted zinc deposits is also to be understood in particular as referring to excess or unwanted zinc/zinc alloy which, after solidification, protrudes and/or protrudes beyond the predetermined (regular) layer thickness of the hot-dip galvanizing layer.
  • the component is galvanized over its entire surface and has a (desired) galvanizing layer everywhere as a zinc deposit.
  • Zinc noses are unwanted, additional deposits.
  • the recess is designed in such a way that when the component is pulled out of the galvanizing bath, zinc alloy running off the component surface - that is to say in particular before the zinc alloy solidifies - collects from the area of the opening and/or the edge in the recess or runs into it.
  • the zinc alloy running off the component surface collects in the receptacle in such a way that after this run-off amount of zinc alloy has solidified, it no longer protrudes into the opening and/or protrudes over the edge and/or preferably in such a way that the opening and/or the edge is free of protruding and/or excess zinc alloy compared to the applied hot-dip galvanizing layer and/or preferably such that the opening is at least substantially free of zinc alloy clogging the opening.
  • the component is removed from the galvanizing bath in such a way that the recess is arranged in the lower area facing away from the pulling direction and/or in the lower half of the opening and/or the edge facing away from the pulling direction, in particular in the lower vertex and/or in the lowest point and/or lowest area of the opening and/or the edge when positioned on the product carrier during the galvanizing process.
  • the recess is arranged in the lower area facing away from the pulling direction and/or in the lower half of the opening and/or the edge facing away from the pulling direction, in particular in the lower vertex and/or in the lowest point and/or lowest area of the opening and/or the edge when positioned on the product carrier during the galvanizing process.
  • the recess By arranging the recess, particularly preferably in the lower area of the opening and/or edge, the zinc alloy that runs off can then be caught so that it does not protrude over the edge or protrude into the opening.
  • This lower area of the component is defined in terms of the process by the way in which and at which point the component is held or secured when the component is immersed in the galvanizing bath and then removed again. Ultimately, the lower area must point downwards after the component has been held or secured for immersion in the melt. Accordingly, the recess is also open upwards immediately after the component is removed from the melt into the opening.
  • the recess is at least substantially circular segment-shaped, arc-shaped, triangular and/or rectangular in plan view of the opening and/or the edge.
  • a wide variety of shapes are possible for the recess.
  • the aforementioned shapes can be incorporated into the component relatively easily without high processing costs. can be introduced and, on the other hand, efficient collection of the draining zinc alloy can be ensured.
  • the recess can be made before hot-dip galvanizing by drilling and/or milling and/or by a thermal and/or non-thermal separation process, such as laser, autogenous, plasma and/or water jet cutting.
  • a thermal and/or non-thermal separation process such as laser, autogenous, plasma and/or water jet cutting.
  • the recess can be made in the component using different processes depending on the component-specific parameters and/or depending on the material of the component. Different processes are suitable, for example, for different recesses and/or openings or edges.
  • the opening can be circular and/or elliptical in cross-section and/or as an elongated hole.
  • the opening represents a material removal in the component, whereby the opening can be designed as a breakthrough and/or as a drainage opening, but does not have to be.
  • the opening can be designed as a breakthrough and/or as a drainage opening, but does not have to be.
  • the opening can have a clear diameter of at least 5 mm, preferably at least 8 mm, more preferably at least 10 mm, before the recess is made.
  • the principle of using the recess according to the invention can ultimately also be used for larger openings of up to 50 cm, preferably 25 cm, more preferably 10 cm.
  • different galvanizing processes can be used for the present invention.
  • the different galvanizing processes are regulated in the relevant standards, to which reference is made below.
  • the ratio of the radius of the opening to the volume of the recess, in particular with a preferably maximum component thickness of up to and including 3 mm, with a diameter of the opening less than or equal to 10 mm is less than 30 cm/cm 3 , preferably less than 20 cm/cm 3 , in particular between 1 and 20 cm/cm 3 , and/or is greater than 1 cm/cm 3 , preferably greater than 5 cm/cm 3 , and/or with a diameter of the opening of greater than 10 mm, is less than 90 cm/cm 3 , preferably less than 50 cm/cm 3 , in particular between 1 and 40 cm/cm 3 .
  • the radius ratio can also depend on the component thickness. For example, it can be provided that for components with a greater component thickness, the ratio of r/V (i.e. the ratio of the radius of the opening to the volume of the recess) should also be greater.
  • the recess can also be adjusted accordingly for different maximum opening widths. The aforementioned ratios ultimately indicate that, depending on the different sizes of the opening, the recess is designed according to the (expected) amount of zinc deposit that is running off. For example, when the invention was created, it was determined that, depending on the different dimensions of the openings, different recesses are particularly preferably required.
  • a larger recess should also be provided for a larger opening compared to a smaller opening with a smaller recess and the like.
  • the aforementioned r/V ratios reflect the relevant dependency particularly preferably and provide the expert with an opportunity to insert the recess into the component in a suitable manner depending on the respective opening.
  • the ratio of the radius of the opening to the volume of the recess for a diameter of the opening of less than or equal to 10 mm is less than 50 cm/cm 3 , preferably less than 40 cm/cm 3 , in particular between 1 to 30 cm/cm 3 , and/or for a diameter of the opening of greater than 10 mm, less than 100 cm/cm 3 , preferably less than 80 cm/cm 3 , in particular between 1 to 70 cm/cm 3 .
  • the aforementioned component thickness greater than 3 mm is particularly preferably the maximum component thickness.
  • the r/V ratio can particularly preferably be adjusted depending on the component thickness (up to and including 3 mm and from 3 mm). Accordingly, depending on different components and depending on the openings provided in the respective components, an appropriate dimensioning of the respective recess can be ensured.
  • the ratio of the radius of the opening to the volume of the recess is particularly preferably less than 20 cm/cm 3 , preferably less than 15 cm/cm 3 , in particular between 1 and 20 cm/cm 3 , for a diameter of the opening of less than 10 mm for a, preferably maximum, component thickness of less than or equal to 3 mm, and/or less than 100 cm/cm 3 , preferably less than 70 cm/cm 3 , in particular between 1 and 60 cm/cm 3 , for a diameter of the opening of greater than 10 mm.
  • the ratio of the radius of the opening to the volume of the recess can be less than 30 cm/cm 3 , preferably less than 20 cm/cm 3 , in particular between 1 and 30 cm/cm 3 , for a diameter of the opening of less than or equal to 10 mm for a, preferably maximum, component thickness greater than 3 mm, and/or less than 100 cm/cm 3 , preferably less than 80 cm/cm 3 , in particular between 1 and 70 cm/cm 3 , for a diameter of the opening of greater than 10 mm.
  • r/V ratios have been determined as a function of tests carried out during the development of the invention. It has been shown that for a thin-layer galvanization, which in particular has a hot-dip galvanizing layer with a lower layer thickness compared to standard galvanization, appropriately adjusted r/V ratios, as mentioned above, can be used.
  • the diameter of the opening and the component thickness can then be efficiently specified.
  • the aforementioned ratios can be understood in such a way that the range specifications can also ensure a certain variation depending on the geometric shape of the recess.
  • the hot-dip galvanizing layer can particularly preferably be applied to the component with a layer thickness in the range of 3 pm to 400 pm, preferably between 1 and 100 pm.
  • the layer thickness can also vary depending on the respective galvanizing process.
  • the hot-dip galvanizing layer - unlike running zinc noses - represents the kind of zinc adhesion that is desired and ultimately protects the component, which preferably contains iron and/or steel, from corrosion.
  • the component is particularly preferably withdrawn from the galvanizing bath at a speed of 0.05 to 1.5 m/min, preferably 0.1 to 0.8 m/min.
  • Speeds of the aforementioned type have proven to be particularly useful for transporting the zinc deposits into the recess.
  • the temperature of the zinc melt during hot-dip galvanizing can be between 400 °C and 500 °C.
  • the range for the galvanizing temperature is particularly preferred, in particular between 430 °C and 470 °C, more preferably between 435 °C and 465 °C.
  • a slightly lower galvanizing temperature can be provided if required, with the galvanizing temperature in particular in the aforementioned thin-film galvanizing being between 400 °C and 450 °C, preferably between 415 °C and 425 °C.
  • the viscosity of the zinc melt during hot-dip galvanizing can be influenced by the temperature and the alloy composition.
  • the viscosity during hot-dip galvanizing according to EN ISO 1461 (as of March 2023) is between 0.025 and 0.04 poise, in particular between 0.035 and 0.039 poise, further preferably in the range of 0.037 poise +/- 5%, preferably at a galvanizing temperature of 435 °C and more preferably at a galvanizing temperature above 435 °C, in particular at 465 °C +/- 20%, between 0.025 to 0.039 poise, more preferably between 0.33 to 0.035 poise and in particular 0.034 poise +/- 5%.
  • the viscosity at a zinc melt temperature of 400 °C +/- 20% can be 0.023 to 0.038 poise, in particular between 0.030 to 0.034 poise and preferably 0.032 +/- 20% poise, and at a galvanizing temperature above 400 °C, in particular at a zinc melt temperature of 450 °C +/- 20%, 0.020 to 0.030 poise, preferably between 0.023 to 0.029 poise and in particular 0.027 +/- 20% poise.
  • the method according to the invention is also suitable for high-temperature galvanizing, in which an almost pure zinc melt is preferably used in a temperature range between 520 and 620 °C.
  • the drainage behavior of the zinc melt is very good due to the lower viscosity, so that using the recess according to the invention generally achieves a very high degree of hole-freeness for different openings, which approaches 100% hole-freeness.
  • Another advantage of the aforementioned galvanizing temperatures is that the temperature difference between the temperature in the hot-dip galvanizing bath and the solidification temperature of the zinc melt is very large, preferably around 100 K +/- 30%, which means that a relatively long post-processing period is possible, particularly if the zinc melt solidifies later.
  • the recess according to the invention is therefore also advantageous for high-temperature galvanizing, since the zinc also has sufficient time to get into the corresponding recess.
  • the temperature difference between the temperature in the zinc melt and the solidification temperature of the galvanizing layer can be significantly lower than 100 K and in particular between 10 K and 100 K, preferably between 20 K and 70 K and more preferably between 25 K and 50 K, in particular for both standard galvanizing and thin-layer galvanizing in accordance with the aforementioned standards.
  • the cooling rate depends on the surface-to-mass ratio of the component, but is generally between 0.02 and 10 minutes for different applications, preferably between 1 up to 3 minutes after leaving the zinc melt or when emerging from the zinc melt.
  • the aforementioned method is particularly preferably used for comparatively large openings, in particular with a maximum diameter of more than 20 mm. According to the invention, however, it has also been found that the method is also suitable for smaller holes or openings and in particular leads to the post-processing effort being significantly lower. It may happen that with diameters of significantly smaller than 10 mm, it may not be possible to guarantee that the opening is 100% hole-free. Nevertheless, the recess introduced into the opening can lead to a reduction in the post-processing effort. This is particularly due to the fact that the recess creates an area that is ultimately intended to accommodate excess molten zinc. Even if the hole is not 100% free, the previously discussed advantages of reduced post-processing arise.
  • the aforementioned diameters can refer to round holes, but also to non-round holes, such as elongated holes and/or slots. In this case, the aforementioned diameter indicates in particular the maximum clear diameter of the opening.
  • the component is pretreated, in particular cleaned, before hot-dip galvanizing is carried out.
  • Different process steps can be provided for cleaning.
  • the process steps are provided before hot-dip galvanizing, in particular in the order listed below:
  • the aforementioned treatment ensures that the component can be optimally treated before hot-dip galvanizing. Efficient cleaning is also beneficial for adhering zinc deposits, as it can provide a galvanizing layer that extends evenly over the component surface.
  • process steps (a) to (c) can be carried out twice for a component, which can then be fed to process steps (d) to (f).
  • the order of the previously specified process steps can also be adapted as required depending on different components in accordance with the respective needs of the component.
  • the present invention relates to a hot-dip galvanized component, wherein the component has been subjected to a process of the aforementioned type.
  • the hot-dip galvanized component therefore has a recess in which solidified zinc alloy or zinc melt is collected or arranged and further preferably has at least one opening and/or edge to which the recess is assigned.
  • solidified zinc melt is provided in the recess, the layer thickness or maximum height of which exceeds the layer thickness of the actual galvanizing layer, i.e. is in particular greater than 200 pm.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a galvanizing process according to the invention in a galvanizing bath
  • Fig. 2 is a further schematic perspective view of a galvanizing of components according to the invention in a galvanizing bath
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of a component according to the invention before hot-dip galvanizing
  • Fig. 4 is a schematic perspective view of a hot-dip galvanized component according to the invention.
  • Fig. 5 is a further schematic perspective view of another embodiment of a hot-dip galvanized component according to the invention.
  • Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a hot-dip galvanized component
  • Fig. 7 is a schematic representation of part of a hot-dip galvanizing process according to the invention.
  • Fig. 1 shows a galvanizing bath 6 which is at least partially filled with a zinc melt 5.
  • the zinc melt 5 comprises a zinc alloy and/or consists thereof.
  • Fig. 1 schematically illustrates that a component 1 is immersed in the galvanizing bath 6 or in the zinc melt 5 of the galvanizing bath 6 in order to apply a galvanizing layer 4 to the component and is then removed again after galvanizing.
  • the component 1 has an opening 2 and/or an edge 3.
  • Fig. 1 shows that the component 1 has at least one opening 2.
  • the component 1 is immersed in the galvanizing bath 6 via a conveyor device 15, in particular via a hook-like construction of the conveyor device 15.
  • Fig. 2 shows that a plurality of components 1 can also be introduced into the galvanizing bath 6 together - for example via a product carrier 16, as shown in Fig. 2.
  • the product carrier 16 can in particular be attached to a conveyor device 15 or be designed as part of the conveyor device 15.
  • a plurality of components 1 can thus also be galvanized together, in which case at least one component 1 has at least one opening 2 and/or edge 3. However, particularly preferably all components 1 can also have at least one opening 2 and/or edge 3.
  • Fig. 1 further shows that the component 1 has a recess 7 that was introduced before galvanizing.
  • the recess 7 borders on the opening 2 and/or the edge 3, preferably directly, or merges into it.
  • the recess 7 is intended to receive draining zinc alloy and is accordingly open to the opening 2 or edge 3. Draining zinc alloy collects in the area of the recess 7 when the component 1 is pulled out of the galvanizing bath 6 in the direction of the pull-out direction F, which is shown schematically in Fig. 1.
  • Fig. 1 shows a method for hot-dip galvanizing at least one component 1 having an opening 2 or an edge 3, wherein the component 1 is immersed in a galvanizing bath 6, which has a zinc melt 5 containing a zinc alloy, in order to apply a galvanizing layer 4 to the component 1, and is then immersed again after galvanizing, wherein prior to galvanizing at least one recess 7 adjacent to the opening 2 and/or the edge 3 of the component 1 has been made in the component 1, which recess is intended to receive draining zinc alloy and/or draining zinc melt 5.
  • the openings 2 are shown schematically, so that the method according to the invention is also realized here.
  • the introduction of the recess 7 is not shown in detail in Figs. 1 and 2, but this introduction takes place during a process step that is carried out before hot-dip galvanizing.
  • the dimensions of the recess 7 are preferably individually adapted to the respective opening 2 and/or edge 3 and are introduced into the component 1 accordingly.
  • the recess 7 can ensure that there are at least essentially no holes and/or that zinc noses on edges 3 are avoided after hot-dip galvanizing, since the recess 7 creates a predetermined area in which excess or draining zinc melt 5 can collect or accumulate, thereby avoiding unwanted zinc noses, protruding zinc deposits or the like. This leads to a drastically reduced post-processing effort for the galvanized components 1.
  • Fig. 6 shows a schematic cross-section of a component 1 which has been provided with a corresponding galvanizing layer 4 on both outer sides.
  • the galvanizing layer 4 protrudes from/above the ungalvanized component surface 8 and is in particular at least substantially uniform in relation to the layer thickness 14. It is understood, however, that uneven galvanizing layers 4 can also be realized in the method according to the invention, in particular wherein the openings 2 can be kept at least substantially free of the zinc melt 5.
  • the recess 7 is not considered as part of the opening 2, but represents a separate receiving area.
  • FIG. 3 different openings 2 are shown on a component 1, each of which is assigned a differently designed recess 7. Different geometric shapes for the recess 7 enable the corresponding absorption of running zinc alloy when the component 1 is pulled out. In this context, it is understood that different shapes of the opening 2 - for example, non-round openings 2 - or the like can also be realized.
  • the recess 7 can be selected depending on the design of the opening 2 and/or other process parameters. It is also understood that the component 1 has at least one opening 2 and/or edge 3 which is equipped with a corresponding recess 7.
  • Fig. 3 is intended to illustrate only schematically that fundamentally different shapes of the recess 7 can be considered.
  • Fig. 4 shows the component 1 shown in Fig. 3 after hot-dip galvanizing with the galvanizing layer 4 applied accordingly to the component surface 8.
  • Fig. 4 further shows that the recess 7 is filled with zinc alloy after hot-dip galvanizing, whereby the opening 7 - which does not include the recess 7 in terms of area or volume - is at least essentially free. Even if the opening 2 has become at least partially blocked, the recess 7 still has the advantage that the post-processing can be drastically simplified, since in particular the entire hole or the entire opening 2 has not become blocked with zinc alloy.
  • Fig. 5 shows a component 1 that has edges 3.
  • a recess 7 has been introduced, which is designed accordingly after hot-dip galvanizing to receive the zinc alloy or zinc melt 5 that runs off.
  • the appropriately dimensioned recess 7 can ensure that when the component 1 is pulled out of the galvanizing bath 6, the zinc alloy runs off the component surface 8 and collects in the recesses 7 in the area of the edges 3, so that after the zinc alloy has solidified, there are no zinc noses or the like protruding from the edge 3.
  • the recesses 7 shown in Fig. 3 are designed in such a way that when the component 1 is pulled out of the galvanizing bath 6 from the component surface 8, zinc alloy from the area of the opening 2 and/or the edge 3 collects in the recess 7, preferably so that after the solidification of this drained zinc alloy, it no longer protrudes into the opening 2 and/or protrudes over the edge 3 or preferably so that the opening 2 and/or the edge 3 is free of excess zinc alloy compared to the applied hot-dip galvanizing layer 4 and/or preferably so that the opening 2 is at least substantially free of zinc alloy clogging the opening 2.
  • small parts of the opening 2 can also be partially filled with zinc alloy. However, an area of the opening 2 that is free of zinc alloy is also provided, which drastically simplifies the post-processing effort, since the opening 2 in particular is not completely filled with the zinc alloy.
  • Fig. 1 shows that the recess 7 is arranged in the lower area facing away from the pull-out direction F or in the lower half of the opening 2 and/or the edge 3 facing away from the pull-out direction F - the relevant arrangement arises for the component 1 when it emerges from the galvanizing bath 6.
  • the recess 7 is made in the lower vertex and/or at the lowest point and/or area of the opening 2 and/or the edge 3.
  • the relevant lower vertex 10 of the opening 2 only arises when the corresponding pull-out direction F is known and/or when the design of the conveyor device 15 or the support point of the component 1 and the pull-out movement from the zinc melt 5 caused by the conveyor device 15 are known.
  • Fig. 3 shows different shapes of the recess 7.
  • the recess 7 can have an at least substantially circular segment-shaped, arc-shaped, triangular and/or rectangular shape in a plan view of the opening 2 and/or the edge 3. Different circular segment-shaped and/or rectangular shapes are also possible, as shown in Fig. 3.
  • the shape of the recess 7 can be selected based on the shape of the corresponding opening 2, the expected amount of zinc to flow out and/or other component-specific parameters.
  • the recess 7 can be made before the hot-dip galvanizing of the component 1.
  • the recess 7 can be made in the component 1 in particular by drilling and/or milling. Alternatively or additionally, it is also possible to make the recess 7 in the component 1 by a thermal or non-thermal separation process, such as laser, autogenous, plasma and/or water jet cutting.
  • the recess 7 can be formed together with the opening 2/edge 3 but also in a subsequent process step. In Fig. 3 it is shown that the opening 2 and the recess 7 are designed as a breakthrough and/or as a drainage opening.
  • Fig. 3 shows that the opening 2 is circular or elliptical in cross section. What is not shown in more detail is that the opening 2 can also be designed as an elongated hole.
  • the opening 2 can have a clear diameter 11, as shown schematically in Fig. 3, of at least 5 mm, in particular of at least 10 mm. Smaller diameters 11 can also be equipped with a corresponding recess 7. It may then not be possible to ensure that there are 100% holes after galvanizing, but the advantageous effect of preventing the opening 2 from becoming blocked is still ensured.
  • the opening 2 can particularly preferably have a maximum clear diameter of 50 cm, preferably 20 cm.
  • the ratio of the radius 12 of the opening 2 to the volume of the recess 7 can be less than 30 cm/cm 3 , in particular between 1 and 20 cm/cm 3 , and/or greater than 5 cm/cm 3 , in particular with a component thickness 13 up to and including 3 mm, preferably with a maximum component thickness of 13 to 3 mm, with a diameter 11 of the opening 2 less than or equal to 10 mm.
  • the aforementioned ratio between the radius 12 of the opening 2 and the volume of the recess 7 can be less than 90 cm/cm 3 , in particular between 1 and 40 cm/cm 3 .
  • the aforementioned r/V ratios can change particularly preferably for component thicknesses 13 of greater than 3 mm.
  • a component thickness 13 of greater than 3 mm in particular for galvanizing according to EN ISO 1461 (as of March 2023), the ratio of the radius 12 of the opening 2 to the volume of the recess 7 with a diameter 11 of the opening 2 less than or equal to 10 mm is less than 50 cm/cm 3 , in particular between 1 to 30 cm/cm 3 , and/or with a diameter 11 of the opening 2 of greater than 10 mm less than 100 cm/cm 3 , in particular between 1 to 70 cm/cm 3 .
  • the aforementioned conditions apply in particular to a maximum component thickness 13 of greater than 3 mm.
  • An exact setting of the dimensions of the recess 7 can also depend on the shape of the opening 2 and the expected viscosity of the zinc melt 5, but can in particular be in the aforementioned orders of magnitude.
  • the aforementioned ratios can be adapted or optimized.
  • the ratio of the radius 12 of the opening 2 to the volume of the recess 7 can be less than 20 cm/cm 3 , in particular between 1 and 20 cm/cm 3 , for a diameter n of the opening 2 of less than or equal to 10 mm for a, preferably maximum, component thickness 13 of less than or equal to 3 mm.
  • the ratio of the radius 12 of the opening 2 to the volume of the recess 7 can be less than 20 cm/cm 3 , in particular between 1 and 20 cm/cm 3 , for a, preferably maximum, component thickness 13 of less than or equal to 3 mm for a diameter 11 of the opening 2 of greater than
  • the ratios of r/V can also be adjusted.
  • the ratio of the radius 12 of the opening 2 to the volume of the recess 7 can be less than 30 cm/cm 3 , in particular between 1 and 30 cm/cm 3 , for a diameter 11 of the opening 2 of less than or equal to 10 mm for a, preferably maximum, component thickness 13 of greater than 3 mm, and/or for a diameter
  • the applied hot-dip galvanizing layer 4 can in particular have a layer thickness 14 in the range between 3 pm and 400 pm, wherein the hot-dip galvanizing layer 4 has been applied to the component 1, as shown schematically in Fig. 6.
  • the speed at which the component 1 is pulled out of the zinc melt 5, as shown in Fig. 1, for example, can be adapted according to the component 1 and the zinc melt 5 used. However, the speed can in particular be between 0.1 and 0.8 m/min.
  • component 1 Before hot-dip galvanizing is carried out, component 1 can be pretreated accordingly.
  • steps (a) to (f) can be provided, as shown in Fig. 7.
  • the process steps can be carried out in the order shown in Fig. 7 (i.e. one after the other). However, it can also be provided that at least one of the process steps (a) to (f) is swapped accordingly and/or carried out multiple times and/or repeated.
  • process steps (a) to (f) can each be carried out multiple times as required and/or swapped with one another in the order. In particular, the following steps are provided:
  • hot-dip galvanizing can be carried out.
  • the recess 7 can also be made in the component 1 between one of steps (a) to (f), before step (a) and/or after step (f) - but in any case before hot-dip galvanizing is carried out.
  • the galvanized component 1 can be quenched if necessary.
  • a subsequent treatment may follow to cool the component 1, in which, for example, passivation, sealing and/or organic or inorganic coating of the galvanized component 1 can be carried out. Any subsequent processing of the component 1 that may still be required can then also be carried out. However, this subsequent processing is made significantly easier by the inventive introduction of the recess 7.
  • the components 1 can be immersed in the galvanizing bath 6 together or separately - depending on the respective components 1 .
  • the invention also relates to a hot-dip galvanized component 1, as shown for example in Fig. 4.
  • the hot-dip galvanized component 1 is produced according to a method of the aforementioned embodiments. Accordingly, the hot-dip galvanized component 1 has at least one opening 2 and/or edge 3, to which a corresponding recess 7 is assigned, which after the hot-dip galvanizing is at least partially, preferably completely, filled with draining zinc alloy or zinc melt 5. After the hot-dip galvanizing, at least part of the opening 2 is free of the zinc alloy, preferably completely free. If an edge 3 is provided, to which a recess 7 is assigned, the edge 3 is in particular at least substantially free of unwanted zinc noses or zinc deposits protruding from the regularly provided hot-dip galvanizing layer 4.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feuerverzinken wenigstens eines wenigstens eine Öffnung und/oder Kante aufweisenden Bauteils, wobei das Bauteil zur Aufbringung einer Verzinkungsschicht auf das Bauteil in ein mit einer eine Zinklegierung aufweisende Zinkschmelze befülltes Verzinkungsbad eingetaucht und nach dem Verzinken wieder ausgetaucht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Verzinken wenigstens eine an die Öffnung und/oder die Kante des Bauteils angrenzende und sich in die Öffnung und/oder Kante öffnende Ausnehmung in das Bauteil eingebracht worden ist, welche zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung vorgesehen ist.

Description

Verfahren zum Feuerverzinken und feuerverzinktes Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Verzinkung von Bauteilen, insbesondere von eisenbasierten bzw. eisenhaltigen Bauteilen und/oder stahlbasierten bzw. stahlhaltigen Bauteilen (Stahlbauteilen), mittels Feuerverzinkung (Schmelztauchverzinkung).
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Feuerverzinken wenigstens eines wenigstens eine Öffnung und/oder Kante aufweisenden Bauteils. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein feuerverzinktes Bauteil, das nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt wird bzw. worden ist.
Insbesondere erfolgt die Feuerverzinkung im diskontinuierlichen Betrieb (sogenannte Stückverzinkung). Als Bauteile sind bevorzugt eisenhaltige und/oder stahlhaltige Bauteile vorgesehen.
Metallische Bauteile jeglicher Art aus eisenhaltigem Material, insbesondere Bauteile aus Stahl, erfordern anwendungsbedingt oftmals einen effizienten Schutz vor Korrosion. Insbesondere Bauteile aus Stahl für Kraftfahrzeuge (Kfz), wie z. B. Pkw, Lkw, Nutzfahrzeuge etc., erfordern einen effizienten Korrosionsschutz, welcher auch Langzeitbelastungen standhält.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, stahlbasierte Bauteile mittels Verzinkung (Verzinken) gegenüber Korrosion zu schützen. Beim Verzinken wird der Stahl mit einer im Allgemeinen dünnen Zinkschicht versehen, um den Stahl vor Korrosion zu schützen. Dabei können verschiedene Verzinkungsverfahren eingesetzt werden, um Bauteile aus Stahl zu verzinken, d. h. mit einem metallischen Überzug aus Zink zu überziehen, wobei insbesondere die Feuerverzinkung (synonym auch als Schmelztauchverzinkung bezeichnet), die Spritzverzinkung (Flammspritzen mit Zinkdraht), die Diffusionsverzinkung (Sherard-Verzinkung), die galvanische Verzinkung (elektrolytische Verzinkung), die nicht-elektrolytische Verzinkung mittels Zinklamellenüberzügen sowie die mechanische Verzinkung zu nennen sind. Zwischen den vorgenannten Verzinkungsverfahren bestehen große Unterschiede, insbesondere im Hinblick auf die Verfahrensdurchführung, aber auch im Hinblick auf die Beschaffenheit und Eigenschaften der erzeugten Zinkschichten bzw. Zinküberzüge. Das wohl wichtigste Verfahren zum Korrosionsschutz von Stahl durch metallische Zinküberzüge ist die Feuerverzinkung (Schmelztauchverzinkung). Dabei wird Stahl kontinuierlich (z. B. Band und Draht) oder stückweise (z. B. Bauteile) bei Temperaturen von etwa 450 °C bis 600 °C in einen beheizten Kessel mit flüssigem Zink bzw. einer flüssigen Zinklegierung getaucht (Schmelzpunkt von Zink: 419,5 °C), so dass sich auf der Stahloberfläche eine widerstandsfähige Legierungsschicht aus Zink ausbildet.
Bei der Feuerverzinkung wird zwischen diskontinuierlicher Stückverzinkung (vgl. z. B. EN ISO 1461 und DIN 50997) und kontinuierlicher Bandverzinkung (DIN EN 10143 und DIN EN 10346) unterschieden. Sowohl das Stückverzinken als auch das Bandverzinken sind genormte bzw. standardisierte Verfahren. Bandverzinkter Stahl ist ein Vor- bzw. Zwischenprodukt (Halbzeug), welches nach dem Verzinken, insbesondere durch Umformen, Stanzen, Zuschneiden etc., weiterverarbeitet wird, wohingegen durch Stückverzinken zu schützende Bauteile in der Regel zuerst vollständig oder zumindest teilweise gefertigt und erst danach feuerverzinkt werden (wodurch die Bauteile rundum vor Korrosion geschützt werden). Stückverzinken und Bandverzinken unterscheiden sich je nach den Applikationsbedingungen hinsichtlich des Phasenaufbaus als auch der Dicke der jeweils resultierenden Zinküberzüge, wodurch sich unterschiedliche Schutzdauern ergeben können. Die Zinkschichtdicke von bandverzinkten Blechen liegt üblicherweise im Bereich von 10 bis 35 Mikrometern, wohingegen die Zinkschichtdicken von stückverzinkten Stahlteilen üblicherweise im Bereich von 50 bis 200 Mikrometern und sogar mehr liegen.
Die Feuerverzinkung liefert sowohl einen aktiven als auch passiven Korrosionsschutz. Der passive Schutz erfolgt durch die Barrierewirkung des Zinküberzuges. Der aktive Korrosionsschutz entsteht aufgrund der kathodischen Wirkung des Zinküberzuges. Gegenüber edleren Metallen der elektrochemischen Spannungsreihe, wie z. B. Eisen, dient Zink als Opferanode, die das darunter liegende Eisen so lange vor Korrosion schützt, bis sie selbst vollständig korrodiert ist. Bei der sogenannten Stückverzinkung nach EN ISO 1461 erfolgt das Feuerverzinken von meist größeren Stahlbauteilen und -konstruktionen. Dabei werden stahlbasierte Rohlinge oder (halb-)fertige Werkstücke (Bauteile) nach einer Vorbehandlung in das Zinkschmelzbad eingetaucht. Durch das Tauchen können insbesondere auch Innenflächen, Schweißnähte und schwer zugängliche Stellen der zu verzinkenden Werkstücke bzw. Bauteile gut erreicht werden.
Die konventionelle Feuerverzinkung basiert insbesondere auf dem Tauchen von Eisen- bzw. Stahlbauteilen in eine Zinkschmelze unter Ausbildung eines Zinküberzugs auf der Oberfläche der Bauteile. Zur Sicherstellung des Haftvermögens, der Geschlossenheit und der Einheitlichkeit des Zinküberzuges ist vorab im Allgemeinen eine sorgfältige Oberflächenvorbehandlung und gegebenenfalls -Vorbereitung der zu verzinkenden Bauteile erforderlich, welche üblicherweise eine Entfettung mit nachfolgendem Spülvorgang, eine sich anschließende saure Beizung mit nachfolgendem Spülvorgang und schließlich eine Flussmittelbehandlung (d. h. ein sogenanntes Fluxen) mit nachfolgendem Trocknungsvorgang umfasst.
Der typische Verfahrensablauf beim konventionellen Stückverzinken mittels Feuerverzinkung gestaltet sich üblicherweise wie folgt. Aus Gründen der Prozessökonomie und der Wirtschaftlichkeit werden bei der Stückverzinkung identischer oder gleichartige Bauteile (z. B. Serienproduktion von Kfz-Bauteilen) diese typischerweise für den gesamten Prozess zusammengeführt bzw. gruppiert (insbesondere mittels eines gemeinsamen, beispielsweise als Traverse oder Gestell ausgebildeten Warenträgers oder einer gemeinsamen Halte- bzw. Befestigungsvorrichtung für eine Vielzahl dieser identischen bzw. gleichartigen Bauteile). Hierzu werden eine Mehrzahl von Bauteilen am Warenträger über Haltemittel, wie z. B. Anschlagmittel, Anbindedrähte oder dergleichen befestigt. Anschließend werden die Bauteile im gruppierten Zustand über den Warenträger den nachfolgenden Behandlungsschritten bzw. -stufen zugeführt. Die Bauteile können beim Stückverzinken mittels Feuerverzinkung allerdings auch einzeln behandelt werden. Zunächst werden die Bauteiloberflächen der Bauteile einer Entfettung unterzogen, um Rückstände von Fetten und Ölen zu entfernen, wobei als Entfettungsmittel üblicherweise wässrige alkalische oder saure Entfettungsmittel zur Anwendung kommen. Nach der Reinigung im Entfettungsbad schließt sich üblicherweise ein Spülvorgang an, typischerweise durch Eintauchen in ein Wasserbad, um ein Verschleppen von Entfettungsmitteln mit dem Verzinkungsgut in den nachfolgenden Prozessschritt des Beizens zu vermeiden, wobei dies insbesondere bei einem Wechsel von alkalischer Entfettung auf eine saure Base von hoher Bedeutung ist.
Anschließend erfolgt in der Regel eine Beizbehandlung (Beizen), welche insbesondere zur Entfernung von arteigenen Verunreinigungen, wie z. B. Rost und Zunder, von der Stahloberfläche dient. Das Beizen erfolgt üblicherweise in verdünnter Salzsäure, wobei die Dauer des Beizvorgangs unter anderem vom Verunreinigungszustand (z. B. Verrostungsgrad) des Verzinkungsgutes und der Säurekonzentration und Temperatur des Beizbades abhängig ist. Zur Vermeidung bzw. Minimierung von Verschleppungen von Säure- und/oder Salzresten mit dem Verzinkungsgut erfolgt nach der Beizbehandlung üblicherweise ein Spülvorgang (Spülschritt).
Nachfolgend erfolgt dann in der Regel das sogenannte Fluxen (Flussmittelbehandlung), wobei die zuvor entfettete und gebeizte Stahloberfläche mit einem sogenannten Flussmittel, welches typischerweise eine wässrige Lösung von anorganischen Chloriden, am häufigsten mit einer Mischung aus Zinkchlorid (ZnCI?) und Ammoniumchlorid (NH4CI), umfasst. Einerseits ist es Aufgabe des Flussmittels, vor der Reaktion der Stahloberfläche mit dem schmelzflüssigen Zink eine letzte intensive Feinstreinigung der Stahloberfläche vorzunehmen und die Oxidhaut der Zinkoberfläche aufzulösen sowie eine erneute Oxidation der Stahloberfläche bis zum Verzinkungsvorgang zu verhindern. Andererseits erhöht das Flussmittel die Benetzungsfähigkeit zwischen der Stahloberfläche und dem schmelzflüssigen Zink. Nach der Flussmittelbehandlung erfolgt üblicherweise eine Trocknung, um einen festen Flussmittelfilm auf der Stahloberfläche zu erzeugen und anhaftendes Wasser zu entfernen, so dass nachfolgend unerwünschte Reaktionen (insbesondere die Bildung von Wasserdampf) im flüssigen Zinktauchbad vermieden werden. Die auf die vorgenannte Weise vorbehandelten Bauteile werden dann durch Eintauchen in die flüssige Zinkschmelze feuerverzinkt. Bei der Feuerverzinkung liegt der Zinkgehalt der Schmelze gemäß DIN EN ISO 1461 bei mindestens 98,0 Gew.-%. Nach dem Eintauchen des Verzinkungsgutes in das geschmolzene Zink (bzw. die Zinklegierung) verbleibt dieses für eine ausreichende Zeitdauer im Zinkschmelzbad, insbesondere bis das Verzinkungsgut dessen Temperatur angenommen hat und mit einer Zinkschicht überzogen ist. Typischerweise wird die Oberfläche der Zinkschmelze insbesondere von Oxiden, Zinkasche, Flussmittelresten und dergleichen gereinigt, bevor dann das Verzinkungsgut wieder aus der Zinkschmelze herausgezogen wird. Das auf diese Weise feuerverzinkte Bauteil wird dann einem Abkühlvorgang (z. B. an der Luft oder in einem Wasserbad) unterzogen. Abschließend werden die Haltemittel für das Bauteil, wie z. B. Anschlagmittel, Anbindedrähte oder dergleichen, entfernt. Im Anschluss an den Verzinkungsprozess erfolgt üblicherweise eine zum Teil aufwendige Nachbearbeitung oder Nachbehandlung. Dabei werden überschüssige Zinkrückstände, insbesondere sogenannte Tropfnasen des an den Kanten erstarrenden Zinks, sowie Oxid- oder Ascherückstände, die an dem Bauteil anhaften, soweit wie möglich entfernt.
Ein Kriterium für die Güte einer Feuerverzinkung ist die Dicke des Zinküberzuges in pm (Mikrometern). In der Norm DIN EN ISO 1461 sind die Mindestwerte der geforderten Überzugsdicken angegeben, wie sie je nach Materialdicke beim Stückverzinken zu liefern sind. In der Praxis liegen die Schichtdicken deutlich über den in der DIN EN ISO 1461 angegebenen Mindestschichtdicken. Im Allgemeinen haben durch Stückverzinken hergestellte Zinküberzüge eine Dicke im Bereich von 50 bis 200 Mikrometern und sogar mehr.
Beim Verzinkungsvorgang bildet sich als Folge einer wechselseitigen Diffusion des flüssigen Zinks mit der Stahloberfläche auf dem Stahlteil ein Überzug verschiedenartig zusammengesetzter Eisen/Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen der feuerverzinkten Gegenstände bleibt auf der obersten Legierungsschicht noch eine - auch als Reinzinkschicht bezeichnete - Schicht aus Zink haften, welche in ihrer Zusammensetzung der Zinkschmelze entspricht. Wegen der hohen Temperaturen beim Schmelztauchen bildet sich auf der Stahloberfläche somit zunächst eine relativ spröde Schicht auf Basis einer Legierung (Mischkristalle) zwischen Eisen und Zink aus und darüber erst die reine Zinkschicht. Die relativ spröde Eisen/Zink-Legierungsschicht verbessert zwar die Haftfestigkeit mit dem Grundmaterial, erschwert aber die Umformbarkeit des verzinkten Stahls. Höhere Siliziumgehalte im Stahl, wie sie insbesondere zur sogenannten Beruhigung des Stahls während dessen Herstellung eingesetzt werden, führen zu einer erhöhten Reaktivität zwischen der Zinkschmelze und dem Grundmaterial und infolgedessen zu einem starken Wachstum der Eisen/Zink-Legierungsschicht. Auf diese Weise kommt es zur Bildung von relativ großen Gesamtschichtdicken. Hierdurch wird zwar eine sehr lange Korrosionsschutzdauer ermöglicht, es erhöht sich jedoch auch mit zunehmender Zinkschichtdicke die Gefahr, dass die Schicht unter mechanischer Belastung, insbesondere lokalen, schlagartigen Einwirkungen, abplatzt und die Korrosionsschutzwirkung hierdurch gestört wird.
Um dem zuvor geschilderten Problem des Auftretens der schnell aufwachsenden, spröden und dicken Eisen/Zink-Legierungsschicht entgegenzuwirken und auch geringere Schichtdicken mit gleichzeitig hohem Korrosionsschutz bei der Verzinkung zu ermöglichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, der Zinkschmelze bzw. dem flüssigen Zinkbad zusätzlich Aluminium zuzusetzen. Beispielsweise wird durch eine Zugabe von 5 Gew.-% Aluminium zu einer flüssigen Zinkschmelze eine Zink/Aluminium-Legierung mit einer niedrigeren Schmelztemperatur gegenüber reinem Zink erzeugt. Durch die Verwendung einer Zink/Aluminium-Schmelze (Zn/Al- Schmelze) bzw. eines flüssigen Zink/Aluminium-Bades (Zn/Al-Bad) lassen sich einerseits deutlich geringere Schichtdicken für einen verlässlichen Korrosionsschutz realisieren (im Allgemeinen unterhalb von 50 Mikrometern); andererseits unterbleibt die Ausbildung der spröden Eisen/Zinn-Legierungsschicht, da das Aluminium - ohne sich auf ein bestimmte Theorie festzulegen - sozusagen zunächst eine Sperrschicht auf der Stahloberfläche des betreffenden Bauteils ausbildet, auf welche dann die eigentliche Zinkschicht abgeschieden wird.
Mit einer Zink/Aluminium-Schmelze feuerverzinkte Bauteile lassen sich daher problemlos umformen, weisen aber dennoch - trotz der signifikant geringeren Schichtdicke im Vergleich zu einer konventionellen Feuerverzinkung mit einer quasi aluminiumfreien Zinkschmelze - verbesserte Korrosionsschutzeigenschaften auf. Eine im Feuerverzinkungsbad eingesetzte Zink/Aluminium-Legierung weist gegenüber Reinzink verbesserte Fluiditätseigenschaften auf. Außerdem weisen Zinküberzüge, welche mittels unter Verwendung derartiger Zink/Aluminium- Legierungen durchgeführter Feuerverzinkungen erzeugt sind, eine größere Korrosionsbeständigkeit (welche zwei- bis sechsmal besser ist als die von Reinzink), eine verbesserte Formbarkeit und eine bessere Lackierbarkeit auf als aus Reinzink gebildete Zinküberzüge. Überdies lassen sich mit dieser Technologie auch bleifreie Zinküberzüge herstellen. Ein solches Feuerverzinkungsverfahren unter Verwendung einer Zink/Aluminium- Schmelze bzw. unter Verwendung einer Zink/Aluminium-Feuerverzinkungsbads ist beispielsweise bekannt aus der WO 2002/042512 A1 und den betreffenden Druckschriftäquivalenten zu dieser Patentfamilie (z. B. EP 1 352 100 B1 , DE 601 24 767 T2 und US 2003/0219543 A1). Dort werden auch geeignete Flussmittel für die Feuerverzinkung mittels Zink/Aluminium-Schmelzbädern offenbart, da Flussmittelzusammensetzungen für Zink/Aluminium-Feuerverzinkungsbäder anders beschaffen sind als solche für die konventionelle Feuerverzinkung mit Reinzink. Mit dem dort offenbarten Verfahren lassen sich Korrosionsschutzüberzüge mit sehr geringen Schichtdicken (im Allgemeinen deutlich unterhalb von 50 Mikrometern und typischerweise im Bereich von 2 bis 20 Mikrometern) und mit sehr geringem Gewicht bei hoher Kosteneffizienz erzeugen, weshalb das dort beschriebene Verfahren kommerziell unter der Bezeichnung microZINQ®-Verfahren angewendet wird.
Nachteilig ist es bei dem bekannten Stückverzinken, dass es beim Herausziehen der Bauteile aus der Zinkschmelze zwangsläufig zum Abfließen des Zinks und Abtropfen an Bauteilkanten und -ecken, aber auch im Bereich von Öffnungen innerhalb des Bauteils kommt. Hierdurch entstehen sogenannte Zinknasen am Bauteil an Kanten und in Öffnungen. Im ungünstigen Fall setzen sich kleinere Öffnungen im Bauteil mit erstarrter Zinkschmelze zu. Die Beseitigung dieser "überschüssigen", später erstarrten Zinkschmelze im Nachgang, die üblicherweise manuell vorzunehmen ist, stellt einen erheblichen Kosten- und Aufwandsfaktor dar, insbesondere wenn es um die Verzinkung von großen Stückzahlen und/oder die Einhaltung hoher Anforderungen an Toleranzen geht. Beispielsweise ist es bei einem vollbeladenen Warenträger, der eine Mehrzahl von zu verzinkenden Bauteilen in die Zinkschmelze taucht, in der Regel nicht möglich, alle Bauteile am Warenträger zu erreichen und dort die Zinknasen der einzelnen Bauteile direkt an der Verzinkungsstelle zu entfernen.
Letztlich bleiben bei bekannten Stückverzinkung-Bauteilen Zinknasen und/oder teilweise oder vollständig zugesetzte Öffnungen an den verzinkten Bauteilen, die durch manuelles Nachbearbeiten zu entfernen sind. Diesbezüglich ist zu beachten, dass mit der Nacharbeit nicht nur die Reinigung bzw. Ausbesserung gemeint ist, sondern insbesondere auch die visuelle Prüfung einbezogen ist. Prozessbedingt besteht bei allen Bauteilen die Neigung, dass Zinknasen vorliegen und/oder sich die Öffnungen zugesetzt haben, was es entsprechend zu entfernen gilt. Daher müssen alle Bauteile einzeln in Augenschein genommen werden. Allein diese Prüfung, ohne gegebenenfalls notwendige anschließende Arbeitsschritte, stellt einen sehr hohen Aufwand dar, insbesondere wenn es sich um eine Vielzahl von Bauteilen bei einer Großserienfertigung mit sehr hohen Qualitätsanforderungen handelt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden oder aber zumindest im Wesentlichen zu reduzieren.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ein Verfahren zum Feuerverzinken nach Anspruch 1 vor. Weitere und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Feuerverzinkungsverfahrens sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung - gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ein feuerverzinktes Bauteil, das nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wird, gemäß dem unabhängigen Erzeugnisanspruch.
Es versteht sich bei den nachfolgenden Ausführungen, dass Ausgestaltungen, Ausführungsformen, Vorteile und dergleichen, welche nachfolgend zu Zwecken der Vermeidung von Wiederholungen nur zu einem Erfindungsaspekt ausgeführt sind, selbstverständlich auch in Bezug auf die übrigen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass dies einer gesonderten Erwähnung bedarf.
Im Übrigen gilt, dass der Fachmann - anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt - von den nachfolgend angeführten Bereichsangaben erforderlichenfalls abweichen kann, ohne dass er den Rahmen der vorliegenden Erfindung verlässt.
Zudem gilt, dass alle im Folgenden genannten Werte- bzw. Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten bzw. standardisierten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder andernfalls mit dem Fachmann auf diesem Gebiet an sich geläufigen Bestimmungs- bzw. Messmethoden ermittelt bzw. bestimmt werden können.
Dies vorausgeschickt, wird die vorliegende Erfindung nunmehr nachfolgend im Detail erläutert. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feuerverzinken wenigstens eines wenigstens eine Öffnung und/oder Kante aufweisenden Bauteils, wobei das Bauteil zur Aufbringung einer Verzinkungsschicht auf das Bauteil in einem mit einer eine Zinklegierung aufweisenden Zinkschmelze befülltes Verzinkungsbad eingetaucht und nach dem Verzinken wieder ausgetaucht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Verzinken wenigstens eine an die Öffnung und/oder die Kante des Bauteils angrenzende Ausnehmung in das Bauteil eingebracht worden ist, die zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung vorgesehen ist.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Stückverzinkung, bevorzugt im diskontinuierlichen Betrieb.
Das Bauteil kann mittels einer Fördereinrichtung oder eines Warenträgers oder dergleichen in das Verzinkungsbad eingetaucht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bauteil mit anderen Bauteilen gemeinsam in das Verzinkungsbad eingetaucht wird. Auch eine Anordnung in einem Korb, der entsprechend über eine Fördereinrichtung in das Verzinkungsbad eingetaucht wird, kann erfindungsgemäß umgesetzt sein.
Überraschenderweise gelingt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil bereitzustellen, das nach der Feuerverzinkung zumindest im Wesentlichen frei von ungewünschten Zinknasen an Kanten und/oder mit nicht durch Zinkanhaftungen bzw. Zinkablagerungen zugesetzten Öffnungen versehen ist. Erfindungsgemäß gelingt dies durch die zusätzliche Einbringung einer Ausnehmung in das Bauteil vor Durchführung der Feuerverzinkung. Somit ist ein separater, zusätzlicher Schritt zur Bearbeitung des Bauteils vor der Feuerverzinkung vorzunehmen, der aber auch gleichzeitig bei der Kantenherstellung bzw. Einbringung der Öffnungen in das Bauteil realisiert werden kann.
Im Zusammenhang mit beim Zustandekommen der Erfindung durchgeführten Versuchen ist festgestellt worden, dass trotz des zusätzlichen Verfahrensschrittes der Einbringung der Ausnehmung in das Bauteil ein effizienterer Verfahrensablauf gewährleistet werden kann, insbesondere da eine aufwendige, manuelle Nachbearbeitung des feuerverzinkten Bauteils vermieden oder aber zumindest reduziert werden kann. So kann durch die Ausnehmung sichergestellt werden, dass ein "vordefinierter" Bereich am Bauteil für abfließende Zinkablagerungen vorhanden ist, der sich - gewünscht und definiert - zusetzen kann. Durch die Zusetzung der Ausnehmung mit ablaufendem Zink bzw. Zinkablagerungen nach der Feuerverzinkung kann die Öffnung und/oder die Kante als solches zumindest im Wesentlichen frei von ungewünschten Zinkanhaftungen bzw. Zinkablagerungen bleiben. Somit wird eine vordefinierte Ausnehmung dazu eingesetzt, Zinkablagerungen nach der Feuerverzinkung aufzunehmen.
Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von Zinkablagerungen, Zinknasen oder dergleichen gesprochen wird, so ist hiermit die ablaufende und eine Zinklegierung aufweisende Zinkschmelze gemeint, die nach entsprechender Abkühlung erstarrt. Demnach können Zinkanhaftungen und/oder Zinkablagerungen neben Zink/Zinklegierung bedarfsweise auch weitere Bestandteile aufweisen.
Ferner versteht es sich, dass die Ausnehmung insbesondere nicht als Teil der Öffnung und/oder Kante angesehen wird, sondern einen separaten Bereich darstellt, der jedoch zur Öffnung bzw. zur Kante hin geöffnet ist.
Im Ergebnis unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik dadurch, dass gezielt - in Abhängigkeit auch der Größe der Öffnung und/oder der Länge der Kante des Bauteils - eine ergänzende Ausnehmung in das Bauteil vor dem Eintauchen in das Zinkbad und bevorzugt im Zusammenhang mit der Herstellung des Bauteils in dieses eingebracht wird. Besonders bevorzugt wird die Ausnehmung in Abhängigkeit der Abmaße der ihr jeweils zugeordneten Öffnung und/oder Kante dimensioniert bzw. ausgebildet. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass nicht zwingend jede Öffnung und/oder Kante des Bauteils mit einer Ausnehmung versehen werden muss. Erfindungsgemäß ist jedoch wenigstens eine Öffnung und/oder wenigstens eine Kante des Bauteils mit der dieser Öffnung und/oder Kante zugeordneten Ausnehmung ausgestattet.
Vorzugsweise werden solchen Öffnungen und/oder solchen Kanten Ausnehmungen zugeordnet bzw. angrenzend an die Öffnung und/oder Kante in das Bauteil eingebracht, bei denen insbesondere die Öffnung zusetzende und/oder an die Kante anhaftende Zinkablagerungen vermieden werden sollen und/oder bei denen solche Anhaftungen einen deutlich erhöhten Verfahrensaufwand bei entsprechender manueller Nachbearbeitung nach sich ziehen würde. Dies gilt insbesondere für solche Öffnungen und/oder Kanten, bei denen bei der späteren Verwendung eine besondere Maßhaltigkeit gefordert wird.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, dass durch die Einbringung der Ausnehmung in das Bauteil eine exakte und/oder gezielte Manipulation des Bauteils erfolgen kann, um seine Maßhaltigkeit ohne Nachbearbeitung zu gewährleisten.
Bedarfsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Ausnehmung und/oder die Kante bereits mit der Herstellung des Bauteils als solches mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen wird. Die Ausnehmung ist dennoch als unabhängiger Bereich zu verstehen, da die Ausnehmung gezielt dazu eingesetzt wird, zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit ablaufender Zinkschmelze befüllt zu werden, so dass die Öffnung und/oder die Kante zumindest im Wesentlichen frei von unerwünschten Zinkanhaftungen bzw. Zinkablagerungen bleiben kann. Hierdurch kann der Nachbearbeitungsaufwand deutlich reduziert bis zum Teil gänzlich vermieden werden.
Folglich bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass unerwünschte Zinkanhaftungen und/oder Zinkablagerungen deutlich verringert werden können, da das Verzinkungsverfahren durch die Ausnehmungen optimiert werden kann.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass unter Berücksichtigung der bei der Erfindung zum Teil nicht mehr notwendigen Nachbearbeitung die Gesamtproduktionsdauer bei der Herstellung von verzinkten Bauteilen gegenüber dem Stand der Technik sogar verringert werden kann, die Erfindung also letztlich eine höhere Produktivität liefert, und zwar insbesondere deshalb, da die manuelle vorzunehmende Nachbearbeitung beim Stand der Technik sehr zeitaufwendig ist. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die Ausnehmung bereits nach Herstellung des Bauteils vor dem Feuerverzinken in das Bauteil eingebracht werden muss. Ein solches Einbringen kann durch Stanzen, Fräsen, Laserschneidern oder dergleichen erfolgen. Letztlich steht der Aufwand der zusätzlichen Einbringung der Ausnehmung kostenmäßig in keinem Verhältnis zur sehr aufwendigen Nachbearbeitung beim Stand der Technik. Im Ergebnis ergeben sich durch die Erfindung Bauteile mit höherer Qualität. Auch unter wirtschaftlichen Aspekten bietet die Erfindung wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem Stand der T echnik, da die Herstellungsdauer unter Berücksichtigung der nicht mehr notwendigen oder zum Teil sehr geringen Nachbearbeitung bis zu 20 % verringert werden kann.
Verfahrensmäßig ist es in der Regel so, dass die Verzinkungsschicht zumindest weitgehend innerhalb von 0,02 bis 10 Minuten, bevorzugt zwischen 0,5 bis 3 Minuten, nach dem Austauchen aus der Zinkschmelze erstarrt. Wenn die Feuerverzinkungsschicht auf dem Bauteil erstarrt ist, kann durch die für die Kante bzw. Öffnung ausgelegte Ausnehmung gewährleistet werden, dass überschüssige Zinkablagerungen in der Ausnehmung aufgenommen und darin erstarrt sind und die Öffnung bzw. die Kante besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen frei von ungewünschten Zinkablagerungen bzw. Zinknasen oder dergleichen ist, die insbesondere über die vorgegebene Verzinkungsschicht abstehen.
Unter "Zinknasen/ungewünschten Zinkablagerungen" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ferner insbesondere zu verstehen, dass sich auf überschüssiges bzw. ungewünschtes Zink / Zinklegierung bezogen wird, das/die nach Erstarren über die vorgegebene (reguläre) Schichtdicke der Feuerverzinkungsschicht ab- und/oder übersteht.
Besonders bevorzugt ist das Bauteil an seiner gesamten Bauteiloberfläche verzinkt und weist überall eine (gewünschte) Verzinkungsschicht als Zinkablagerung auf. Zinknasen sind jedoch ungewünschte, zusätzliche Ablagerungen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung derart ausgebildet worden ist, dass sich beim Herausziehen des Bauteils aus dem Verzinkungsbad von der Bauteiloberfläche ablaufende Zinklegierung - das heißt insbesondere vor dem Erstarren der Zinklegierung - aus dem Bereich der Öffnung und/oder der Kante in der Ausnehmung sammelt bzw. in diese hineinläuft. Vorzugsweise sammelt sich die von der Bauteiloberfläche ablaufende Zinklegierung derart in der Aufnahme, dass nach Erstarren dieser abgelaufenen Zinklegierungsmenge diese nicht mehr in die Öffnung hineinragt und/oder über die Kante übersteht und/oder vorzugsweise derart, dass die Öffnung und/oder die Kante frei von gegenüber der aufgebrachten Feuerverzinkungsschicht überstehender und/oder überschüssiger Zinklegierung ist und/oder vorzugsweise derart, dass die Öffnung zumindest im Wesentlichen frei von die Öffnung zusetzender Zinklegierung ist. Erfindungsgemäß gelingt es somit, die ablaufende Zinklegierung in der Ausnehmung vollständig aufzunehmen, insbesondere wodurch die Öffnung und/oder die Kante frei von ungewünschter Zinklegierung gehalten werden kann. Dies reduziert den zuvor angesprochenen Nachbearbeitungsaufwand des verzinkten Bauteils drastisch. Insbesondere kann vermieden werden, dass eine Öffnung nach der Feuerverzinkung nicht mehr die ursprüngliche bzw. nominelle, für die spätere Funktion notwendige Abmessung aufweist, sondern sich mit der Zinklegierung vollständig oder teilweise zugesetzt hat.
Darüber hinaus kann bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen sein, dass das Bauteil derart aus dem Verzinkungsbad ausgetaucht wird, das die Ausnehmung im unteren, der Ausziehrichtung abgewandten Bereich und/oder in der unteren, der Ausziehrichtung abgewandten Hälfte der Öffnung und/oder der Kante angeordnet wird, insbesondere im unteren Scheitelpunkt und/oder im untersten Punkt und/oder untersten Bereich der Öffnung und/oder der Kante bei Positionierung am Warenträger während des Verzinkungsvorgangs. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die ablaufende Zinklegierung beim Ausziehen aus dem Verzinkungsbad der Gravitationskraft unterliegt und somit nach unten abläuft bzw. gezogen wird. Durch die Anordnung der Ausnehmung besonders bevorzugt im unteren Bereich der Öffnung und/oder Kante kann dann die ablaufende Zinklegierung aufgefangen werden, so dass diese nicht über die Kante übersteht oder in die Öffnung hineinragt. Dieser untere Bereich des Bauteils definiert sich verfahrensmäßig dadurch, in welcher Art bzw. an welcher Stelle das Bauteil gehalten bzw. befestigt wird, wenn das Bauteil in das Verzinkungsbad eintaucht und anschließen wieder ausgetaucht wird. Letztlich muss der untere Bereich nach dem Halten bzw. Befestigen des Bauteils zum Eintauchen in die Schmelze nach unten weisen. Dementsprechend ist die Ausnehmung auch unmittelbar nach dem Austauchen des Bauteils aus der Schmelze in die Öffnung nach oben hin geöffnet.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung in Draufsicht auf die Öffnung und/oder die Kante zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmig, bogenabschnittsförmig, dreieckförmig und/oder rechteckig ausgebildet. Grundsätzlich sind unterschiedlichste Formen für die Ausnehmung möglich. Beim Zustandekommen der Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass die vorgenannten Formen zum einen vergleichsweise einfach in das Bauteil ohne hohen prozesstechnischen Aufwand eingebracht werden können und zum anderen ein effizientes Auffangen der ablaufenden Zinklegierung gewährleistet werden kann.
Die Ausnehmung kann vor dem Feuerverzinken durch Bohren und/oder Fräsen und/oder durch ein thermisches und/oder nicht-thermisches Trennverfahren, wie Laser-, Autogen-, Plasma- und/oder Wasserstrahlschneiden, eingebracht werden. Somit kann erfindungsgemäß die Ausnehmung in Abhängigkeit der bauteilspezifischen Parameter und/oder in Abhängigkeit des Materials des Bauteils durch unterschiedliche Verfahren in das Bauteil eingebracht werden. Unterschiedliche Verfahren eignen sich beispielsweise für unterschiedliche Ausnehmungen und/oder Öffnungen bzw. Kanten. Dabei kann die Öffnung im Querschnitt kreisförmig und/oder ellipsenförmig und/oder als Langloch ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt kann in weiteren Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die Öffnung eine Materialentnahme in dem Bauteil darstellt, wobei die Öffnung als Durchbruch und/oder als Abflussöffnung ausgebildet sein kann, jedoch nicht ausgebildet sein muss. Bei Öffnungen unterschiedlicher Formen und Art ergibt sich in der Praxis die Problematik, dass sich diese beim Austauchen aus der Zinklegierung zusetzen. Erfindungsgemäß kann dies nun durch das gezielte Einbringen der Ausnehmung(en) vermieden werden.
Außerdem kann die Öffnung vor dem Einbringen der Ausnehmung einen lichten Durchmesser von wenigstens 5 mm, bevorzugt wenigstens 8 mm, weiter bevorzugt wenigstens 10 mm, aufweisen. Das erfindungsgemäße Prinzip der Verwendung der Ausnehmung kann letztlich auch bei größeren Öffnungen von bis zu 50 cm, bevorzugt 25 cm, weiter bevorzugt 10 cm, Anwendung finden.
Grundsätzlich kommen für die vorliegende Erfindung unterschiedliche Verzinkungsverfahren in Frage. Bei der Verzinkung kann eine klassische, quasireine Zinkschmelze oder eine z.B. mit Aluminium höher konzentrierte Zinklegierung genutzt werden. Die unterschiedlichen Verzinkungsprozesse sind in entsprechenden Normen geregelt, auf die nachfolgend verwiesen wird.
Besonders bevorzugt wird zwischen einer Standardverzinkung gemäß EN ISO 1461 (Stand März 2023) und einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) unterschieden. Beim Zustandekommen der Erfindung hat sich gezeigt, dass bestimmte Verhältnisse zwischen dem Radius der Öffnung, die insbesondere kreisförmig ist oder eine andere Form aufweist, zum Volumen der Ausnehmung im besonderen Maße vorteilhaft sind. Unter dem Radius der Öffnung ist bei einer nicht-kreisförmigen Öffnung insbesondere der maximale Radius zu verstehen. Der maximale Radius ergibt sich dabei durch die Hälfte des maximalen lichten Durchmessers der Öffnung.
Besonders bevorzugt ist bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass, insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023), das Verhältnis des Radius der Öffnung zum Volumen der Ausnehmung, insbesondere bei einer bevorzugt maximalen Bauteildicke bis einschließlich 3 mm, bei einem Durchmesser der Öffnung kleiner oder gleich 10 mm kleiner 30 cm/cm3 ist, bevorzugt kleiner 20 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3 liegt, und/oder größer als 1 cm/cm3 ist, bevorzugt größer 5 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser der Öffnung von größer als 10 mm kleiner 90 cm/cm3, bevorzugt kleiner 50 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 40 cm/cm3, beträgt.
Beim Zustandekommen der Erfindung ist festgestellt worden, dass bevorzugt für unterschiedliche Öffnungsbreiten unterschiedliche Verhältnisse vorgesehen sind. Das Radiusverhältnis kann auch von der Bauteildicke abhängen. So kann vorgesehen sein, dass für Bauteile mit einer höheren Bauteildicke auch das Verhältnis von r/V (also das Verhältnis vom Radius der Öffnung zum Volumen der Ausnehmung) größer sein sollte. Auch für unterschiedliche maximale Öffnungsbreiten kann die Ausnehmung entsprechend angepasst werden. Die vorgenannten Verhältnisse geben letztlich an, dass in Abhängigkeit von unterschiedlichen Größen der Ausnehmung der Öffnung die Ausnehmung entsprechend der ablaufenden (zu erwartenden) Zinkablagerungsmenge ausgestaltet ist. So ist beim Zustandekommen der Erfindung festgestellt worden, dass in Abhängigkeit von unterschiedlichen Dimensionierungen der Öffnungen besonders bevorzugt auch unterschiedliche Ausnehmungen benötigt werden. So ist es verständlich, dass für eine größere Öffnung auch eine größere Ausnehmung im Vergleich zu einer kleineren Öffnung mit einer kleineren Ausnehmung und dergleichen bereitgestellt werden sollte. Die vorgenannten r/V-Verhältnisse geben die diesbezügliche Abhängigkeit besonders bevorzugt wieder und schaffen für den Fachmann eine Möglichkeit, die Ausnehmung in Abhängigkeit der jeweiligen Öffnung passend in das Bauteil einzubringen. Darüber hinaus ist bei einer Bauteildicke von größer als 3 mm, insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023), das Verhältnis des Radius der Öffnung zum Volumen der Ausnehmung bei einem Durchmesser der Öffnung kleiner oder gleich 10 mm kleiner 50 cm/cm3, bevorzugt kleiner 40 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser der Öffnung von größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 80 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3. Die vorgenannte Bauteildicke größer als 3 mm ist besonders bevorzugt die maximale Bauteildicke. Somit kann besonders bevorzugt das r/V- Verhältnis in Abhängigkeit der Bauteildicke (bis einschließlich 3 mm und ab 3 mm) angepasst werden. Demnach kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bauteilen und in Abhängigkeit der in den jeweiligen Bauteilen vorgesehenen Öffnungen eine entsprechende Dimensionierung der jeweiligen Ausnehmung gewährleistet werden.
Bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) ist besonders bevorzugt das Verhältnis des Radius der Öffnung zum Volumen der Ausnehmung (r/V-Verhältnis) bei einem Durchmesser der Öffnung kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximale, Bauteildicke kleiner oder gleich 3 mm kleiner 20 cm/cm3, bevorzugt kleiner 15 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser der Öffnung größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 70 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 60 cm/cm3.
Auch für die Dünnschichtverzinkung kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bauteildicken eine Anpassung des r/V-Verhältnisses besonders vorteilhaft sein. So kann insbesondere bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius der Öffnung zum Volumen der Ausnehmung (r/V-Verhältnis) bei einem Durchmesser der Öffnung von kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximale, Bauteildicke größer als 3 mm kleiner 30 cm/cm3, bevorzugt kleiner 20 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser der Öffnung größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 80 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3, betragen.
Die vorgenannten angegebenen und bevorzugten r/V-Verhältnisse sind in Abhängigkeit von beim Zustandekommen der Erfindung durchgeführten Versuchen festgestellt worden. So hat sich gezeigt, dass für eine Dünnschichtverzinkung, die insbesondere eine Feuerverzinkungsschicht mit einer im Vergleich zur Standardverzinkung geringeren Schichtdicke aufweist, besonders bevorzugt entsprechend angepasste r/V-Verhältnisse, wie sie zuvor genannt worden sind, genutzt werden können.
In Abhängigkeit des jeweiligen Verzinkungsverfahrens, dem Durchmesser der Öffnung und der Bauteildicke kann dann eine effiziente Vorgabe des Volumens der Ausnehmung erfolgen. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die vorgenannten Verhältnisse so verstanden werden können, dass durch die Bereichsangaben auch eine gewisse Variation in Abhängigkeit der geometrischen Form der Ausnehmung gewährleistet sein kann.
Darüber hinaus kann besonders bevorzugt die Feuerverzinkungsschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 3 pm bis 400 pm, bevorzugt zwischen 1 bis 100 pm, auf das Bauteil aufgebracht werden. Die Schichtdicke kann auch in Abhängigkeit des jeweiligen Verzinkungsverfahrens variieren. Die Feuerverzinkungsschicht stellt - anders als ablaufende Zinknasen - eine solche Zinkanhaftung dar, die gewünscht ist und letztlich das Bauteil, das bevorzugt eisenhaltig und/oder stahlhaltig ist, vor Korrosion schützt.
Darüber hinaus wird das Bauteil besonders bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 0,05 bis 1 ,5 m/min, bevorzugt von 0,1 bis 0,8 m/min, aus dem Verzinkungsbad herausgezogen. Geschwindigkeiten der vorgenannten Art haben sich als besonders nützlich gezeigt, die Zinkablagerungen in die Ausnehmung zu transportieren.
Die Temperatur der Zinkschmelze bei der Feuerverzinkung kann zwischen 400 °C bis 500 °C liegen. Besonders bevorzugt ist bei einer Feuerverzinkung gemäß EN ISO 1461 (Stand März 2023) der Bereich für die Verzinkungstemperatur insbesondere zwischen 430 °C bis 470 °C, weiter bevorzugt zwischen 435 °C bis 465 °C. Bei der Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) kann eine etwas geringere Verzinkungstemperatur bedarfsweise vorgesehen sein, wobei insbesondere die Verzinkungstemperatur bei der vorgenannten Dünnschichtverzinkung zwischen 400 °C bis 450 °C, bevorzugt zwischen 415 °C bis 425 °C, liegt.
Die Viskosität der Zinkschmelze bei der Feuerverzinkung kann von der Temperatur und der Legierungszusammensetzung beeinflusst werden. Insbesondere beträgt die Viskosität bei der Feuerverzinkung gemäß EN ISO 1461 (Stand März 2023) zwischen 0,025 bis 0,04 Poise, insbesondere zwischen 0,035 bis 0,039 Poise, weiter bevorzugt im Bereich von 0,037 Poise +/- 5 %, bevorzugt bei einer Verzinkungstemperatur von 435 °C und weiter bevorzugt bei einer Verzinkungstemperatur oberhalb von 435 °C, insbesondere bei 465 °C +/- 20 %, zwischen 0,025 bis 0,039 Poise, weiter bevorzugt zwischen 0,33 bis 0,035 Poise und insbesondere 0,034 Poise +/- 5 %.
Bei der Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) kann eine etwas geringere Viskosität vorgesehen sein. So kann insbesondere die Viskosität bei einer Temperatur der Zinkschmelze von 400 °C +/- 20 % 0,023 bis 0,038 Poise, insbesondere zwischen 0,030 bis 0,034 Poise und bevorzugt 0,032 +/- 20 % Poise betragen und bei einer Verzinkungstemperatur oberhalb von 400 °C, insbesondere bei einer Temperatur der Zinkschmelze von 450 °C +/- 20 %, 0,020 bis 0,030 Poise, bevorzugt zwischen 0,023 bis 0,029 Poise und insbesondere 0,027 +/- 20 % Poise.
Grundsätzlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Hochtemperaturverzinkung, bei der eine nahezu reine Zinkschmelze bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 520 bis 620 °C genutzt wird. In diesem Fall ist das Ablaufverhalten der Zinkschmelze aufgrund der geringeren Viskosität sehr gut, so dass unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ausnehmung in der Regel ein sehr hohes Maß an Lochfreiheit für unterschiedliche Öffnungen erreicht wird, das an 100 % Lochfreiheit heranreicht. Vorteilhaft ist des Weiteren bei den vorgenannten Verzinkungstemperaturen, dass der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur in dem Feuerverzinkungsbad und der Erstarrungstemperatur der Zinkschmelze mit bevorzugt circa 100 K +/- 30 % sehr groß ist, was insbesondere bei einem späteren Erstarren der Zinkschmelze dazu führt, dass die Möglichkeit eines relativ langen Nachbearbeitungszeitraums geschaffen wird. Somit ist auch für die Hochtemperaturverzinkung die erfindungsgemäße Ausnehmung vorteilhaft, da auch das Zink ausreichend Zeit hat, in die entsprechende Ausnehmung zu gelangen.
Grundsätzlich kann der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur in der Zinkschmelze und der Erstarrungstemperatur der Verzinkungsschicht deutlich geringer als 100 K sein und insbesondere zwischen 10 K bis 100 K, bevorzugt zwischen 20 K bis 70 K und weiter bevorzugt zwischen 25 K bis 50 K, insbesondere sowohl für die Standardverzinkung als auch für die Dünnschichtverzinkung gemäß den vorgenannten Normen betragen. Die Abkühlgeschwindigkeit hängt dabei vom Oberflächen-Masse-Verhältnis des Bauteils ab, beträgt jedoch in der Regel für unterschiedliche Anwendungen zwischen 0,02 bis 10 Minuten bevorzugt zwischen 1 bis 3 Minuten, nach dem Verlassen der Zinkschmelze bzw. beim Austauchen aus der Zinkschmelze.
Besonders bevorzugt wird das vorgenannte Verfahren bei vergleichsweise großen Öffnungen, insbesondere mit einem maximalen Durchmesser von oberhalb 20 mm, eingesetzt. Erfindungsgemäß ist allerdings auch festgestellt worden, dass sich das Verfahren auch für kleinere Löcher bzw. Öffnungen eignet und insbesondere dazu führt, dass der Nachbearbeitungsaufwand deutlich geringer ausfällt. Dabei kann es dazu kommen, dass bei Durchmessern von deutlich kleiner als 10 mm möglicherweise keine 100 %-ige Lochfreiheit der Öffnung gewährleistet werden kann. Dennoch kann die eingebrachte Ausnehmung in der Öffnung dazu führen, dass der Nachbearbeitungsaufwand sich reduziert. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Ausnehmung einen Bereich schafft, der letztlich zur Aufnahme von überschüssiger Zinkschmelze vorgesehen ist. Auch bei einer nicht 100 %-igen Lochfreiheit ergeben sich die zuvor genannten diskutierten Vorteile der verringerten Nachbearbeitung. Die vorgenannten Durchmesser können sich auf runde Bohrungen, aber auch auf nicht-runde Bohrungen, wie längliche Bohrungen und/oder Schlitze, beziehen. Dann gibt der vorgenannte Durchmesser insbesondere die maximalen lichten Durchmesser der Öffnung an.
Vorteilhafterweise wird das Bauteil vor Durchführung der Feuerverzinkung vorbehandelt, insbesondere gereinigt. Zur Reinigung können unterschiedliche Verfahrensschritte vorgesehen sein. Besonders bevorzugt werden die, insbesondere in der nachfolgend angeführten Reihenfolge, Verfahrensschritte vor Durchführung der Feuerverzinkung vorgesehen:
(a) Entfettungsbehandlung des Bauteils, insbesondere in mindestens einem Entfettungsbad; dann
(b) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (a) entfetteten Bauteils; dann
(c) Beizbehandlung des in Verfahrensschritt (a) entfetteten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (b) gespülten Bauteils, insbesondere in mindestens einem Beizbad; dann
(d) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (c) gebeizten Bauteils; dann (e) Flussmittelbehandlung des in Verfahrensschritt (c) gebeizten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (d) gespülten Bauteils mittels einer Flussmittelzusammensetzung in einem Flussmittelbad,
(f) gegebenenfalls Trocknungsbehandlung des in Verfahrensschritt (e) der Flussmittelbehandlung unterzogenen Bauteils, wobei optional die Verfahrensschritte (a) bis (f) jeweils bedarfsweise mehrfach, bevorzugt gebündelt und/oder einzeln, durchgeführt werden.
Durch die vorgenannte Behandlung kann sichergestellt werden, dass das Bauteil optimal vor Behandlung der Feuerverzinkung zugeführt werden kann. Eine effiziente Reinigung ist auch für anhaftende Zinkablagerungen vorteilhaft, da so eine Verzinkungsschicht bereitgestellt werden kann, die sich gleichmäßig über die Bauteiloberfläche erstreckt.
Ferner versteht es sich, dass bedarfsweise einzelne Verfahrensschritte in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bauteilen mehrfach durchgeführt werden können. Auch sind einige Verfahrensschritte optional, wie dies insbesondere durch "gegebenenfalls" angegeben wird. Auch können einzelne Verfahrensschritte "gruppiert"/"gebündelt" mehrfach durchlaufen werden. So können beispielsweise die Verfahrensschritte (a) bis (c) für ein Bauteil zweimal durchlaufen werden, das anschließend den Verfahrensschritten (d) bis (f) zugeführt werden kann. Auch kann die Reihenfolge der zuvor angegebenen Verfahrensschritte bedarfsweise in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bauteilen entsprechend des jeweiligen Bedürfnisses des Bauteils angepasst werden.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein feuerverzinktes Bauteil, wobei das Bauteil einem Verfahren der vorgenannten Art unterzogen worden ist.
Das feuerverzinkte Bauteil weist also eine Ausnehmung auf, in der erstarrte Zinklegierung bzw. Zinkschmelze angesammelt bzw. angeordnet ist und weist ferner bevorzugt wenigstens eine Öffnung und/oder Kante auf, der die Ausnehmung zugeordnet ist. In der Ausnehmung ist insbesondere teilweise, bevorzugt vollständig, erstarrte Zinkschmelze vorgesehen, deren Schichtdicke bzw. maximale Höhe die Schichtdicke der eigentlichen Verzinkungsschicht übersteigt, also insbesondere größer als 200 pm ist. Im Zusammenhang mit den feuerverzinkten Bauteilen darf auf die vorgenannten Ausführungen zum Verfahren verwiesen werden, die in gleicher Weise auch, wie dies zuvor erläutert worden ist, für das feuerverzinkte Bauteil gelten können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und der Zeichnung selbst. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verzinkung in einem Verzinkungsbad,
Fig. 2 eine weitere schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verzinkung von Bauteilen in einem Verzinkungsbad,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils vor der Feuerverzinkung,
Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen feuerverzinkten Bauteils,
Fig. 5 eine weitere schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen feuerverzinkten Bauteils,
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines feuerverzinkten Bauteils und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feuerverzinken. In Fig. 1 ist ein Verzinkungsbad 6, das zumindest zum Teil mit einer Zinkschmelze 5 gefüllt ist, gezeigt. Die Zinkschmelze 5 weist eine Zinklegierung auf und/oder besteht daraus. Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch, dass ein Bauteil 1 zur Aufbringung einer Verzinkungsschicht 4 auf das Bauteil in das Verzinkungsbad 6 bzw. in die Zinkschmelze 5 des Verzinkungsbades 6 ein- und nach dem Verzinken wieder ausgetaucht wird. Dabei weist das Bauteil 1 eine Öffnung 2 und/oder eine Kante 3 auf. In Fig. 1 ist dargestellt, dass das Bauteil 1 zumindest eine Öffnung 2 aufweist. In Fig. 1 wird das Bauteil 1 über eine Fördereinrichtung 15, insbesondere über eine hakenähnliche Konstruktion der Fördereinrichtung 15, in das Verzinkungsbad 6 eingetaucht.
Fig. 2 verdeutlicht, dass auch eine Mehrzahl von Bauteilen 1 gemeinsam in das Verzinkungsbad 6 eingebracht werden können - beispielsweise über einen Warenträger 16, wie dies die Fig. 2 zeigt. Der Warenträger 16 kann dabei insbesondere an einer Fördereinrichtung 15 befestigt oder als Teil der Fördereinrichtung 15 ausgebildet sein. So können auch eine Mehrzahl von Bauteilen 1 gemeinsam verzinkt werden, wobei dann wenigstens ein Bauteil 1 wenigstens eine Öffnung 2 und/oder Kante 3 aufweist. Besonders bevorzugt können jedoch auch alle Bauteile 1 wenigstens eine Öffnung 2 und/oder eine Kante 3 aufweisen.
Fig. 1 zeigt weiter, dass das Bauteil 1 eine Ausnehmung 7 aufweist, die vor dem Verzinken eingebracht worden ist. Die Ausnehmung 7 grenzt an die Öffnung 2 und/oder die Kante 3, bevorzugt unmittelbar, an bzw. geht in diese über. Die Ausnehmung 7 ist zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung vorgesehen und dementsprechend zur Öffnung 2 bzw. Kante 3 geöffnet. Ablaufende Zinklegierung sammelt sich im Bereich der Ausnehmung 7 dann an, wenn das Bauteil 1 in Richtung der Ausziehrichtung F, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, aus dem Verzinkungsbad 6 herausgezogen wird.
Demzufolge zeigt die Fig. 1 somit ein Verfahren zum Feuerverzinken wenigstens eines eine Öffnung 2 bzw. eine Kante 3 aufweisenden Bauteils 1 , wobei das Bauteil 1 zur Aufbringung einer Verzinkungsschicht 4 auf das Bauteil 1 in ein Verzinkungsbad 6, das eine eine Zinklegierung aufweisende Zinkschmelze 5 aufweist, eingetaucht und nach dem Verzinken wieder ausgetaucht wird, wobei vor dem Verzinken wenigstens eine an die Öffnung 2 und/oder die Kante 3 des Bauteils 1 angrenzende Ausnehmung 7 in das Bauteils 1 angebracht worden ist, die zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung und/oder ablaufender Zinkschmelze 5 vorgesehen ist. In Fig. 2 sind die Öffnungen 2 schematisch dargestellt, so dass auch hier das erfindungsgemäße Verfahren realisiert ist.
Das Einbringen der Ausnehmung 7 ist in den Fig. 1 und 2 nicht näher dargestellt, jedoch erfolgt dieses Einbringen während eines Verfahrensschrittes, der vor dem Feuerverzinken durchgeführt wird. Letztlich ist die Ausnehmung 7 von ihren Abmaßen her bevorzugt individuell an die jeweilige Öffnung 2 und/oder Kante 3 angepasst und entsprechend in das Bauteil 1 eingebracht worden. Durch die Ausnehmung 7 kann nach dem Feuerverzinken zumindest im Wesentlichen eine Lochfreiheit und/oder die Vermeidung von Zinknasen an Kanten 3 gewährleistet werden, da durch die Ausnehmung 7 ein vorgegebener Bereich geschaffen wird, in dem sich überschüssige bzw. ablaufende Zinkschmelze 5 sammeln bzw. anstauen kann, wodurch ungewünschte Zinknasen, überstehende Zinkablagerungen oder dergleichen vermieden werden können. Dies führt zu einem drastisch reduzierten Nachbearbeitungsaufwand für die verzinkten Bauteile 1.
Die Fig. 6 zeigt schematisch im Querschnitt ein Bauteil 1 , das an beiden Außenseiten mit einer entsprechenden Verzinkungsschicht 4 versehen worden ist. Die Verzinkungsschicht 4 steht von der unverzinkten Bauteiloberfläche 8 ab/über und ist insbesondere zumindest im Wesentlichen gleichmäßig in Bezug zur Schichtdicke 14. Es versteht sich jedoch, dass auch ungleichmäßige Verzinkungsschichten 4 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert sein können, insbesondere wobei die Öffnungen 2 zumindest im Wesentlichen frei von der Zinkschmelze 5 gehalten werden können.
Die Ausnehmung 7 wird dabei insbesondere nicht als Teil der Öffnung 2 angesehen, sondern stellt einen separaten Aufnahmebereich dar.
In Fig. 3 sind an einem Bauteil 1 unterschiedliche Öffnungen 2 gezeigt, denen jeweils eine anders ausgebildete Ausnehmung 7 zugeordnet ist. Unterschiedliche geometrische Formen für die Ausnehmung 7 ermöglichen beim Ausziehen des Bauteils 1 die entsprechende Aufnahme ablaufender Zinklegierung. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass auch unterschiedliche Formen der Öffnung 2 - beispielsweise auch nicht-runde Öffnungen 2 - oder dergleichen realisiert sein können. Die Ausnehmung 7 kann in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Öffnung 2 und/oder weiterer Prozessparameter gewählt werden. Auch versteht es sich, dass das Bauteil 1 wenigstens eine Öffnung 2 und/oder Kante 3 aufweist, die mit einer entsprechenden Ausnehmung 7 ausgestattet ist. Die Fig. 3 soll lediglich schematisch verdeutlichen, dass grundsätzlich unterschiedliche Formen der Ausnehmung 7 in Frage kommen können. Fig. 4 zeigt das in Fig. 3 dargestellte Bauteil 1 nach der Feuerverzinkung mit entsprechend auf der Bauteiloberfläche 8 aufgebrachter Verzinkungsschicht 4.
Fig. 4 verdeutlicht weiter, dass die Ausnehmung 7 nach der Feuerverzinkung mit Zinklegierung gefüllt ist, wodurch die Öffnung 7 - zu der die Ausnehmung 7 flächen- bzw. volumenmäßig nicht mitgerechnet wird - zumindest im Wesentlichen frei ist. Selbst wenn sich die Öffnung 2 zumindest zum Teil zugesetzt hat, so wird durch die Ausnehmung 7 dennoch der Vorteil erreicht, dass die Nachbearbeitung drastisch vereinfacht werden kann, da sich insbesondere nicht das gesamte Loch bzw. die gesamte Öffnung 2 mit Zinklegierung zugesetzt hat.
In Fig. 5 ist ein Bauteil 1 dargestellt, das Kanten 3 aufweist. Für wenigstens eine Kante 3 (auch in dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel für mehrere Kanten 3) ist eine Ausnehmung 7 eingebracht worden, die entsprechend nach der Feuerverzinkung zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung bzw. Zinkschmelze 5 ausgebildet ist. Durch die entsprechend dimensionierte Ausnehmung 7 kann sichergestellt werden, dass beim Herausziehen des Bauteils 1 aus dem Verzinkungsbad 6 die Zinklegierung an der Bauteiloberfläche 8 abläuft und im Bereich der Kanten 3 in den Ausnehmungen 7 sammelt, so dass nach Erstarren der Zinklegierung keine gegenüber der Kante 3 abstehenden Zinknasen oder dergleichen vorhanden sind.
Die in Fig. 3 dargestellten Ausnehmungen 7 sind derart ausgebildet, dass sich beim Herausziehen des Bauteils 1 aus dem Verzinkungsbad 6 von der Bauteiloberfläche 8 auflaufende Zinklegierung aus dem Bereich der Öffnung 2 und/oder der Kante 3 in der Ausnehmung 7 sammelt, vorzugsweise so dass nach dem Erstarren dieser abgelaufenen Zinklegierung diese nicht mehr in die Öffnung 2 hineinragt und/oder über die Kante 3 übersteht bzw. vorzugsweise so dass die Öffnung 2 und/oder die Kante 3 frei von gegenüber der aufgebrachten Feuerverzinkungsschicht 4 überschüssiger Zinklegierung ist und/oder vorzugsweise so dass die Öffnung 2 zumindest im Wesentlichen frei von die Öffnung 2 zusetzender Zinklegierung ist. Geringe Teile der Öffnung 2 können in weiteren Ausführungsformen, die hier nicht näher dargestellt sind, auch zum Teil mit Zinklegierung zugesetzt sein. Jedoch ist weiterhin ein von Zinklegierung freier Bereich der Öffnung 2 vorgesehen, wodurch sich der Nachbearbeitungsaufwand drastisch vereinfacht, da die Öffnung 2 insbesondere nicht vollständig durch die Zinklegierung zugesetzt ist.
Die Fig. 1 zeigt, dass die Ausnehmung 7 im unteren, der Ausziehrichtung F abgewandten Bereich bzw. in der unteren, der Ausziehrichtung F abgewandten Hälfte der Öffnung 2 und/oder der Kante 3 angeordnet wird - die diesbezügliche Anordnung ergibt sich für das Bauteil 1 beim Austauchen aus dem Verzinkungsbad 6. Insbesondere ist die Ausnehmung 7 im unteren Scheitelpunkt und/oder am untersten Punkt und/oder Bereich der Öffnung 2 und/oder der Kante 3 eingebracht. Der diesbezüglich untere Scheitelpunkt 10 der Öffnung 2 ergibt sich dabei erst bei Kenntnis der entsprechenden Ausziehrichtung F und/oder in Kenntnis der Ausbildung der Fördereinrichtung 15 bzw. des Halterungspunktes des Bauteils 1 und der durch die Fördereinrichtung 15 verursachten Ausziehbewegung aus der Zinkschmelze 5.
In Fig. 3 sind unterschiedliche Formen der Ausnehmung 7 dargestellt. Die Ausnehmung 7 kann in Draufsicht auf die Öffnung 2 und/oder die Kante 3 eine zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmige, bogenabschnittsförmige, dreieckförmige und/oder rechteckige Form aufweisen. Auch unterschiedliche kreissegmentförmige und/oder rechteckige Formen sind möglich, wie dies auch die Fig. 3 zeigt. Letztlich kann die Form der Ausnehmung 7 an die Form der entsprechenden Öffnung 2, der zu erwartenden ablaufenden Zinkmenge und/oder weiterer bauteilspezifischer Parameter ausgewählt sein.
Nicht näher dargestellt ist, wie die Ausnehmung 7 vor dem Feuerverzinken des Bauteils 1 eingebracht werden kann. Die Ausnehmung 7 kann insbesondere durch Bohren und/oder Fräsen in das Bauteil 1 eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Ausnehmung 7 durch ein thermisches oder nichtthermisches Trennverfahren, wie Laser-, Autogen-, Plasma- und/oder Wasserstrahlschneiden, in das Bauteil 1 einzubringen. Die Ausnehmung 7 kann dabei zusammen mit der Öffnung 2/Kante 3 aber auch in einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt ausgebildet werden. In Fig. 3 ist dargestellt, dass die Öffnung 2 sowie die Ausnehmung 7 als Durchbruchs- und/oder als Abflussöffnung ausgebildet ist.
Ferner zeigt die Fig. 3, dass die Öffnung 2 im Querschnitt kreisförmig bzw. ellipsenförmig ausgebildet ist. Nicht näher dargestellt ist, dass die Öffnung 2 auch als Langloch ausgebildet sein kann.
Die Öffnung 2 kann vor dem Einbringen der Ausnehmung 7 einen lichten Durchmesser 11 , wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, von wenigstens 5 mm, insbesondere von wenigstens 10 mm, aufweisen. Auch kleinere Durchmesser 11 können mit einer entsprechenden Ausnehmung 7 ausgestattet werden. Möglicherweise ist dann keine 100 %-ige Lochfreiheit nach der Verzinkung gewährleistet, jedoch wird dennoch insbesondere weiterhin der vorteilhafte Effekt des vermiedenen Zusetzens der Öffnung 2 sichergestellt. Besonders bevorzugt kann die Öffnung 2 einen maximalen lichten Durchmesser von 50 cm, bevorzugt 20 cm, aufweisen.
Bei der Ausbildung der Ausnehmung 7 sind bestimmte Verhältnisse zwischen dem Radius 12, der Öffnung 2 und dem Volumen der Ausnehmung 7 besonders vorteilhaft. Insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023) kann das Verhältnis des Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 insbesondere bei einer Bauteildicke 13 bis einschließlich 3 mm, bevorzugt bei einer maximalen Bauteildicke 13 bis 3 mm, bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 kleiner oder gleich 10 mm kleiner 30 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3, und/oder größer 5 cm/cm3 betragen.
Bei einer Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023) und bevorzugt bei einer, insbesondere maximalen Bauteildicke 13 bis einschließlich 3 mm kann bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 größer als 10 mm das vorgenannte Verhältnis zwischen dem Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 kleiner 90 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 40 cm/cm3, betragen.
Die vorgenannten r/V-Verhältnisse können sich bei Bauteildicken 13 von größer als 3 mm besonders bevorzugt ändern. So ist für eine Bauteildicke 13 von größer als 3 mm insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 kleiner oder gleich 10 mm kleiner 50 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 von größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3. Die vorgenannten Verhältnisse gelten insbesondere für eine maximale Bauteildicke 13 von größer als 3 mm. Eine genaue Einstellung der Dimensionierung der Ausnehmung 7 kann auch von der Form der Öffnung 2 und der erwarteten Viskosität der Zinkschmelze 5 abhängen, sich jedoch insbesondere in den vorgenannten Größenordnungen bewegen.
Für eine Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) können die vorgenannten Verhältnisse angepasst bzw. optimiert werden. So kann bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 bei einem Durchmesser n der Öffnung 2 kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximale, Bauteildicke 13 von kleiner oder gleich 3 mm kleiner 20 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3, liegen. Bei einem Durchmesser der Öffnung 2 von größer als 10 mm kann bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 bei einer, bevorzugt maximalen, Bauteildicke 13 von kleiner oder gleich 3 mm bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 von größer als
10 mm kleiner 100 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 60 cm/cm3, betragen.
Sofern die Bauteile 1 etwas dicker sind, können auch die Verhältnisse von r/V angepasst werden. Bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) kann so das Verhältnis des Radius 12 der Öffnung 2 zum Volumen der Ausnehmung 7 bei einem Durchmesser 11 der Öffnung 2 kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximale, Bauteildicke 13 von größer als 3 mm kleiner 30 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser
11 der Öffnung 2 größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3, liegen.
Die aufgebrachte Feuerverzinkungsschicht 4 kann insbesondere eine Schichtdicke 14 im Bereich zwischen 3 pm bis 400 pm aufweisen, wobei die Feuerverzinkungsschicht 4 auf das Bauteil 1 aufgebracht worden ist, wie dies die Fig. 6 schematisch zeigt. Die Geschwindigkeit, mit der das Bauteil 1 aus der Zinkschmelze 5, wie sie in Fig. 1 beispielsweise dargestellt ist, herausgezogen wird, kann entsprechend des Bauteils 1 und der verwendeten Zinkschmelze 5 angepasst werden. Die Geschwindigkeit kann jedoch insbesondere zwischen 0,1 bis 0,8 m/min liegen.
Vor Durchführung der Feuerverzinkung kann das Bauteil 1 entsprechend vorbehandelt werden. Zur Vorbehandlung können die Stufen (a) bis (f) vorgesehen sein, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind. Die Verfahrensschritte können dabei in der in Fig. 7 dargestellten Reihenfolge (also nacheinander) durchgeführt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Verfahrensschritte (a) bis (f) entsprechend getauscht und/oder mehrfach durchgeführt und/oder wiederholt wird. Optional können somit die Verfahrensschritte (a) bis (f) jeweils bedarfsweise mehrfach durchgeführt werden und/oder miteinander in der Reihenfolge vertauscht werden. Insbesondere sind die nachfolgend durchzuführenden Schritte vorgesehen:
(a) Entfettungsbehandlung des Bauteils 1 , insbesondere in mindestens einem Entfettungsbad; dann
(b) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (a) entfetteten Bauteils 1 ; dann
(c) Beizbehandlung des in Verfahrensschritt (a) entfetteten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (b) gespülten Bauteils 1 , insbesondere in mindestens einem Beizbad; dann
(d) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (c) gebeizten Bauteils 1 ; dann
(e) Flussmittelbehandlung des in Verfahrensschritt (c) gebeizten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (d) gespülten Bauteils 1 mittels einer Flussmittelzusammensetzung in einem Flussmittelbad,
(f) gegebenenfalls Trocknungsbehandlung des in Verfahrensschritt (e) der Flussmittelbehandlung unterzogenen Bauteils 1.
Die Verfahrensschritte (a) bis (f) sind dabei, wie zuvor erläutert, auch in der Fig. 7 dargestellt. Anschließend an dem Verfahrensschritt (f) kann die Feuerverzinkung durchgeführt werden. Auch das Einbringen der Ausnehmung 7 in das Bauteil 1 kann zwischen einem der Schritte (a) bis (f), vor dem Schritt (a) und/oder nach dem Schritt (f) durchgeführt werden - jedenfalls aber vor Durchführung der Feuerverzinkung. Nach Durchführung der Feuerverzinkung kann das verzinkte Bauteil 1 bedarfsweise abgeschreckt werden. Möglicherweise schließt sich noch eine Nachbehandlung nachgelagert zum Abkühlen des Bauteils 1 an, in der beispielsweise eine Passivierung, Versiegelung und/oder organisch oder anorganische Beschichtung des verzinkten Bauteils 1 vorgenommen werden kann. Auch eine möglicherweise immer noch vorzunehmende Nachbearbeitung des Bauteils 1 kann dann durchgeführt werden. Diese Nachbearbeitung wird jedoch durch das erfindungsgemäße Einbringen der Ausnehmung 7 deutlich vereinfacht.
Die Bauteile 1 können, wie zuvor erläutert, gemeinsam oder getrennt voneinander in das Verzinkungsbad 6 eingetaucht werden - in Abhängigkeit der jeweiligen Bauteile 1 .
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein feuerverzinktes Bauteil 1 , wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Das feuerverzinkte Bauteil 1 ist nach einem Verfahren der vorgenannten Ausführungsformen hergestellt. Demnach weist das feuerverzinkte Bauteil 1 wenigstens eine Öffnung 2 und/oder Kante 3 auf, der eine entsprechende Ausnehmung 7 zugeordnet ist, die nach der Feuerverzinkung zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit ablaufender Zinklegierung bzw. Zinkschmelze 5 gefüllt ist. Nach der Feuerverzinkung ist zumindest ein Teil der Öffnung 2 frei von der Zinklegierung, bevorzugt vollständig frei. Sofern eine Kante 3 vorgesehen ist, der eine Ausnehmung 7 zugeordnet ist, so ist die Kante 3 insbesondere zumindest im Wesentlichen frei von ungewünschten Zinknasen oder gegenüber der regulär vorgesehenen Feuerverzinkungsschicht 4 abstehenden Zinkablagerungen. Bezugszeichenliste:
1 Bauteil Öffnung Kante Verzinkungsschicht Zinkschmelze Verzinkungsbad Ausnehmung Bauteiloberfläche
9 untere Hälfte von 2, 3
10 unterer Scheitelpunkt
11 lichter Durchmesser von 2
12 Radius von 2
13 Bauteildicke
14 Schichtdicke
15 Fördereinrichtung
16 Warenträger
F Ausziehrichtung

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Feuerverzinken wenigstens eines wenigstens eine Öffnung (2) und/oder Kante (3) aufweisenden Bauteils (1 ), wobei das Bauteil (1) zur Aufbringung einer Verzinkungsschicht (4) auf das Bauteil (1 ) in ein mit einer eine Zinklegierung aufweisende Zinkschmelze (5) befülltes Verzinkungsbad (6) eingetaucht und nach dem Verzinken wieder ausgetaucht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Verzinken wenigstens eine an die Öffnung (2) und/oder die Kante (3) des Bauteils (1 ) angrenzende und sich in die Öffnung (2) und/oder Kante (3) öffnende Ausnehmung (7) in das Bauteil (1 ) eingebracht worden ist, die zur Aufnahme von ablaufender Zinklegierung vorgesehen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) derart ausgebildet worden ist, dass sich beim Herausziehen des Bauteils (1 ) aus dem Verzinkungsbad (6) von der Bauteiloberfläche (8) ablaufende Zinklegierung aus dem Bereich der Öffnung (2) und/oder der Kante (3) in der Ausnehmung (7) sammelt, vorzugsweise so dass nach dem Erstarren dieser abgelaufenen Zinklegierungsmenge diese nicht in die Öffnung (2) hineinragt und/oder über die Kante (3) übersteht und/oder vorzugsweise so dass die Öffnung (2) und/oder Kante (3) frei von gegenüber der aufgebrachten Feuerverzinkungsschicht (4) überschüssiger Zinklegierung ist und/oder vorzugsweise so dass die Öffnung (2) zumindest im Wesentlichen frei von die Öffnung (2) zusetzender Zinklegierung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) derart aus dem Verzinkungsbad (6) ausgetaucht wird, dass die Ausnehmung (7) im unteren, der Ausziehrichtung (F) abgewandten Bereich und/oder in der unteren, der Ausziehrichtung (F) abgewandten Hälfte (9) der Öffnung (2) und/oder der Kante (3) angeordnet wird, insbesondere im unteren Scheitelpunkt (10) und/oder im untersten Punkt und/oder Bereich der Öffnung (2) und/oder der Kante (3).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) in Draufsicht auf die Öffnung (2) und/oder Kante (3) zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmig, bogenabschnittsförmig, dreieckförmig und/oder rechteckig ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) vor dem Feuerverzinken durch Bohren und/oder Fräsen und/oder ein thermisches oder nichtthermisches Trennverfahren, wie Laser-, Autogen-, Plasma- oder Wasserstrahlschneiden, eingebracht worden ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2) und/oder die Ausnehmung (7) als Durchbruch und/oder als Abflussöffnung im Bauteil (1) ausgebildet ist und/oder dass die Öffnung (2) im Querschnitt kreisförmig und/oder ellipsenförmig und/oder als Langloch ausgebildet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2) vor dem Einbringen der Ausnehmung (7) einen lichten Durchmesser (11) von wenigstens 5 mm, bevorzugt wenigstens 8 mm, weiter bevorzugt wenigstens 10 mm, und/oder dass die Öffnung (2) einen maximalen lichten Durchmesser (11 ) von 50 cm, bevorzugt 25 cm, weiter bevorzugt 10 cm, aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023), das Verhältnis des Radius (12) der Öffnung (2) zum Volumen der Ausnehmung (7), insbesondere bei einer, bevorzugt maximalen, Bauteildicke (13) bis einschließlich 3 mm, bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) kleiner oder gleich 10 mm kleiner 30 cm/cm3, bevorzugt kleiner 20 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3, und/oder größer als 1 cm/cm3, bevorzugt größer 5 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) größer als 10 mm kleiner 90 cm/cm3, bevorzugt kleiner 50 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 40 cm/cm3, beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere für eine Verzinkung nach EN ISO 1461 (Stand März 2023), das Verhältnis des Radius (12) der Öffnung (2) zum Volumen der Ausnehmung (7) bei einer, bevorzugt maximalen, Bauteildicke (13) größer als 3 mm bei einem Durchmesser (11) der Öffnung (2) kleiner oder gleich 10 mm kleiner 50 cm/cm3, bevorzugt kleiner 40 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 80 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3, beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius (12) der Öffnung (2) zum Volumen der Ausnehmung (7) bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximalen, Bauteildicke (13) kleiner oder gleich 3 mm kleiner 20 cm/cm3, bevorzugt kleiner 15 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 20 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 70 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 60 cm/cm3, beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Dünnschichtverzinkung gemäß DIN 50997 (Stand März 2023) das Verhältnis des Radius (12) der Öffnung (2) zum Volumen der Ausnehmung (7) bei einem Durchmesser (11 ) der Öffnung (2) kleiner oder gleich 10 mm für eine, bevorzugt maximale, Bauteildicke (13) größer als 3 mm kleiner 30 cm/cm3, bevorzugt kleiner 20 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 30 cm/cm3, und/oder bei einem Durchmesser (11) der Öffnung (2) größer als 10 mm kleiner 100 cm/cm3, bevorzugt kleiner 80 cm/cm3, insbesondere zwischen 1 bis 70 cm/cm3, beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerverzinkungsschicht mit einer Schichtdicke (14) im Bereich von 3 pm bis 400 pm, bevorzugt 4 bis 100 pm, auf das Bauteil (1 ) aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) mit einer Geschwindigkeit von 0,05 bis 1 ,5 m/min, bevorzugt von 0,1 bis 0,8 m/min, aus dem Verzinkungsbad (6) herausgezogen wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung der Feuerverzinkung die folgenden Verfahrensschritte, bevorzugt in der nachfolgend aufgeführten Reihenfolge, vorgesehen sind:
(a) Entfettungsbehandlung des Bauteils (1), insbesondere in mindestens einem Entfettungsbad; dann
(b) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (a) entfetteten Bauteils (1); dann
(c) Beizbehandlung des in Verfahrensschritt (a) entfetteten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (b) gespülten Bauteils (1), insbesondere in mindestens einem Beizbad; dann
(d) gegebenenfalls Spülen des in Verfahrensschritt (c) gebeizten Bauteils (1); dann
(e) Flussmittelbehandlung des in Verfahrensschritt (c) gebeizten und gegebenenfalls in Verfahrensschritt (d) gespülten Bauteils (1) mittels einer Flussmittelzusammensetzung in einem Flussmittelbad,
(f) gegebenenfalls Trocknungsbehandlung des in Verfahrensschritt (e) der Flussmittelbehandlung unterzogenen Bauteils (1), wobei optional die Verfahrensschritte (a) bis (f) jeweils bedarfsweise mehrfach durchgeführt werden.
15. Feuerverzinktes Bauteil (1 ), wobei das Bauteil (1 ) einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 unterzogen worden ist.
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